Инженеры успешно испытали "невозможный" ракетный двигатель
Команда специалистов аэрокосмической промышленности под руководством Карима Ахмеда из Университета Центральной Флориды создала и успешно протестировала так называемый вращающийся детонационный двигатель, который генерирует тягу посредством самоподдерживающейся волны детонации, которая движется по круговому каналу. Поскольку этот двигатель требует гораздо меньшего количества топлива, чем двигатели внутреннего сгорания, используемые в настоящее время, это изобретение может в конечном итоге подарить человечеству более эффективные и гораздо более легкие способы доставки наших кораблей в космос.
«В исследовании впервые представлены экспериментальные доказательства безопасной и функциональной детонации водорода и кислорода в ракетном двигателе данного типа», пишут авторы.
Идея вращающегося детонационного двигателя восходит к 1950-м годам. Он состоит из кольцеобразной тяговой камеры, созданной с помощью двух цилиндров разных диаметров, уложенных друг в друга так, чтобы оставался зазор. Газообразное топливо и окислитель впрыскиваются в эту камеру через небольшие отверстия и поджигаются. Это создает первую детонацию, которая производит сверхзвуковую ударную волну, распространяющуюся вокруг камеры. Эта ударная волна вызывает следующую детонацию, которая вызывает следующую, и так далее, создавая непрерывную сверхзвуковую ударную волну, генерирующую тягу.
Такой подход должен производить больше энергии при меньшем расходе топлива по сравнению с камерой внутреннего сгорания, поэтому американские военные исследуют и финансируют его весьма активно. На практике, однако, есть один важный нюанс: в случае внутреннего сгорания топливо и окислитель смешиваются, осуществляя более медленную, контролируемую реакцию для создания тяги. Детонация же хаотична и ее намного сложнее контролировать.
Чтобы все это не взорвалось (в буквальном смысле), система должна быть точно откалибрована. Используемое топливо, соотношение окислителя, размер отверстий, размер кольцевой камеры, размер и форма реактора, когда и где впрыскивается топливо — все это необходимо учитывать и изменять в зависимости друг от друга и ряда других факторов. Например, для разных видов топлива могут потребоваться разная форма и размер отверстий для впрыска.
Ахмед и его команда достигли успеха в этом непростом деле. Они рассчитали баланс между водородом и кислородом и опробовали его на своем 7,6-сантиметровом испытательном детонационном ракетном двигателе, смоделированном по образцу, разработанному исследовательской лабораторией ВВС США.
Если эксперимент удастся повторить на двигателе промышленного масштаба, то не исключено, что новая технология найдет применение не только в ракетостроении. Например, в 2012 году ВМС США предсказали, что вращающиеся детонационные двигатели могут привести к 25% сокращению использования топлива на судах —, а это экономия 300−400 миллионов долларов в год, не говоря уже о всех прочих выгодах.
