НАСА испытало первый прототип двигателя RDRE с «вращающейся детонацией»

Команда НАСА при сотрудничестве с IN Space LLC построила и испытала первый полноразмерный прототип ракетного двигателя с вращающейся детонацией (RDRE). Этот тип двигателя следующего поколения может стать источником энергии для будущих миссий по исследованию глубокого космоса, поскольку он обеспечивает высокую тягу при большей эффективности, чем существующие двигатели.

Прототип был испытан в 2022 году на Восточном полигоне в Хантсвилле в Центре космических полетов имени Маршалла НАСА в Алабаме. Большинство ракетных двигателей основаны на дефлаграции топлива — типе быстрого, но дозвукового сгорания. Двигатели с детонационным эффектом, с другой стороны, используют детонацию топлива, т.е. сгорание на сверхзвуковых скоростях.

RDRE работает по тому же принципу, что и импульсно-детонационный двигатель (PDE), или двигатель детонационной волны, но с большей эффективностью. Это связано с тем, что детонационные волны от топлива не выбрасываются из камеры после каждого «импульса», как в PDE, а «рециркулируют», циркулируя по кольцевому каналу.

Смесь топлива и окислителя впрыскивается в канал и детонирует с помощью воспламенителя. Детонационные волны начинают циркулировать по камере, делая детонацию самоподдерживающейся после первого запуска: вырабатываемой энергии достаточно для поддержания детонации смеси, впрыснутой позже. Продукты сгорания выходят из канала, выбрасываются из поступающей смеси, создавая тягу.

Теоретически этот тип двигателя примерно на 25 процентов эффективнее обычных двигателей. Это позволяет получить большую тягу при использовании меньшего количества топлива.

Во время испытания прототипа NASA двигатель зажигался несколько раз, достигнув почти 10 минут общего времени зажигания. При полной мощности RDRE создавал тягу более 17,8 кН в течение почти минуты при среднем давлении в камере около 4,6 Н/мм2. Цель заключалась в демонстрации работы конструкции и различных компонентов в течение длительного времени и в условиях экстремального тепла и давления, вызванных многочисленными детонациями.

Для изготовления последних были использованы современные технологии аддитивного производства (3D-печати). Основным материалом, используемым для изготовления компонентов, является разработанный НАСА медный сплав, известный как GRCop-42, изготовленный методом порошковой плавки, когда источник тепла, например, лазер, используется для послойного сплавления частиц порошка материала, образуя единый цельный кусок. Эта технология, широко используемая в аэрокосмической промышленности, позволяет различным компонентам выдерживать экстремальные условия без особых проблем.

Следующей целью NASA и IN Space после успеха первого прототипа является создание более крупного, полностью многоразового прототипа, способного развивать тягу около 44,5 кН. Таким образом, можно будет сравнить эту новую технологию и ее характеристики с традиционными ракетными двигателями и понять ее реальные преимущества.

Будущие разработки двигателей RDRE и ядерных силовых установок могут стать частью идеальной технологии для будущих пилотируемых и беспилотных миссий на Луну, Марс и далее.