У тренутној ери истраживања свемира назив игре је „исплатив“. Смањивањем трошкова повезаних са појединачним лансирањима, свемирске агенције и приватне ваздухопловне компаније (ака. НевСпаце) осигуравају већи приступ простору. А што се тиче трошкова лансирања, највећи трошак је гориво. Једноставније речено, ослобађање Земљине гравитације изискује пуно ракетног горива!
Да би се позабавили тим проблемом, истраживачи са Универзитета у Вашингтону недавно су развили математички модел који описује деловање новог механизма за покретање: ротирајућег детонацијског мотора (РДЕ). Овај лагани дизајн нуди већу потрошњу горива и мање је компликован за конструкцију. Међутим, долази са прилично великим компромисом да је превише непредвидив да би се могао одмах ставити у функцију.
Студија која описује њихово истраживање („Ротирани детонациони таласи закључани модом: Експерименти и једначина модела“) недавно се појавила у часопису Физички преглед Е. Истраживачки тим водио је Џејмс Коцх, студент докторског студија за ваздухопловство и астронаутику, а у њега су били Митсуру Куросака и Царл Кновлен, обојица професори УВ за ваздухопловство и астронаутику; и Ј. Натхан Кутз, професор примењене математике на Универзитету.
У конвенционалном ракетном мотору погонско гориво се сагорева у комори за паљење, а затим се преко млазница каналише са стражње стране како би се створио потисак. У РДЕ-у ствари функционишу другачије, као што је Коцх објаснио у изјави за УВ Невс:
„Ротациони детонациони мотор користи другачији приступ начину сагоревања погонског горива. Направљен је од концентричних цилиндара. Погонско гориво тече у празнини између цилиндара и, након паљења, брзо ослобађање топлоте формира ударни талас, снажан пулс гаса са знатно већим притиском и температуром који се креће брже од брзине звука.
Ово раздваја РДЕ осим уобичајених мотора, којима је потребно много машина за усмеравање и контролу реакције сагоревања како би се претворио у убрзање. Али у РДЕ-у, ударни талас генериран паљењем ствара природни потисак и без потребе за додатним деловима мотора.
Међутим, како Коцх указује, поље ротирајуће детонације мотора је још увек у повојима и инжењери још увек нису сигурни за шта су способни. Због тога су он и његове колеге одлучили да тестирају концепт, који се састојао од преобликовања доступних података и прегледавања образаца узорака. Прво су развили експериментални РДЕ (приказан доле) који им је омогућио контролу различитих параметара (попут величине размака између цилиндара).
Затим су снимили процесе сагоревања (које су трајали само 0,5 секунди) камером велике брзине. Камера је снимала свако паљење брзином од 240 000 кадрова у секунди, што је омогућило тиму да гледа како се реакције одвијају у успореном снимку. Како је објаснио Коцх, он и његове колеге открили су да је мотор у ствари био добар.
„Овај процес сагоревања је буквално детонација - експлозија - али иза ове почетне фазе пуштања у погон видимо бројне стабилне импулсе изгарања који и даље троше расположиво погонско гориво. Ово производи високи притисак и температуру који избацују издувне гасове на задњем делу мотора при великим брзинама, што може створити потисак.
Затим су истраживачи развили математички модел како би опонашали оно што су приметили својим експериментом. Овај модел, први такве врсте, омогућио је тиму да први пут утврди да ли ће РДЕ бити стабилан. И иако овај модел још није спреман за употребу других инжењера, могао би омогућити другим истраживачким тимовима да процене колико ће добро радити специфични РДЕ-ови.
Као што је речено, дизајн мотора има и слабију страну, што је његова непредвидива природа. С једне стране, процес удара услед изгарања природно доводи до компресије удара у комори за сагоревање, што резултира потиском. С друге стране, једном покренуте, детонације су насилне и неконтролисане - нешто што је потпуно неприхватљиво када је реч о ракетама.
Али како је објаснио Коцх, ово је истраживање било успешно јер је тестирало овај дизајн мотора и квантитативно одмерило његово понашање. Ово је добар први корак који би могао помоћи да се утре пут према стварном развоју и реализацији РДЕ.
„Мој циљ овде је био само да репродукујем понашање импулса које смо видели - како бих био сигуран да је излаз модела сличан нашим експерименталним резултатима“, рекао је Коцх. „Препознао сам доминантну физику и како се они међусобно играју. Сада могу узети оно што сам овдје учинио и учинити га квантитативним. Одатле можемо разговарати о томе како да направимо бољи мотор. "
Истраживање Коцха и његовог колеге омогућено је захваљујући финансијама које су обезбедили Канцеларија за научно истраживање ваздухопловства САД и Канцеларија за поморство. Иако је прерано рећи, импликације овог истраживања могу бити далекосежне, што ће резултирати ракетним моторима који су лакши за производњу и економичнијим. Све што је потребно јесте да се осигура да је сама конструкција мотора сигурна и поуздана.
