O rachetă care explodează ar putea fi viitorul călătoriilor spațiale

Călătoria spațială a devenit din nou centrul vieții de zi cu zi. Companiile împletesc tot mai multe planuri pentru turismul spațial, SUA ar trimite americanii înapoi în spațiu după mulți ani, misiunile SpaceX au succes, iar testele lor sunt deosebit de promițătoare.

Cum funcționează noul motor?
De ce mai bine decât uneltele actuale?
Cum putem testa funcționarea acestuia?

Există cei care nu mai au întrebări și există cei care citesc Indexul.

Desigur, de când omul a mers pentru prima dată în spațiu, tehnologia călătoriilor spațiale a evoluat constant, acum este mult, mult mai sigură, mai convenabilă și mai precisă decât era acum 60 de ani. O mare problemă este că este încă teribil de scumpă, dar Laboratorul de Cercetare a Propulsiei și Energiei al Universității din Florida Centrală și cercetătorii Forței Aeriene din SUA sunt aproape de realizarea unei tehnologii mult visate care ar face rachetele mult mai eficiente și mai ieftine.

Directorul laboratorului de cercetare Kareem Ahmed lucrează de ani de zile pentru a reduce energia unei explozii și, astfel, a dezvolta un motor care să livreze viitorii astronauți și marfă în spațiu cu explozii controlate. Acesta este motorul de detonare rotativ (RDE).

RDE funcționează similar cu un angrenaj convențional:

combustibil + oxigen + presiune + căldură = explozie = propulsie.

Combustibilul și oxidantul sunt aprinși și, pe măsură ce se extind rapid, ies la capătul unui tub care împinge racheta în direcția opusă.

Acest lucru este rezolvat pe rachetele SpaceX, de exemplu, prin depozitarea combustibilului și oxidantului într-o stare presurizată și livrarea acestora în camera de ardere cu pompe mari cu supraalimentare. Această tehnologie ocupă mult spațiu, astfel încât RDE poate fi o soluție revoluționară, deoarece acest tip nu necesită echipamente speciale pentru a genera presiune, doar o singură explozie.

Ahmedek folosește hidrogen și oxigen în motoarele lor. Odată ce acestea sunt introduse în camera de ardere, o undă de șoc este trimisă după ele printr-un tub mic, care inițiază detonarea. Pe măsură ce valul se deplasează prin cameră, întâlnește din ce în ce mai mult hidrogen și oxigen injectat în partea din față a motorului. Pe măsură ce explozia ajunge la combustibil proaspăt (hidrogen) și oxidant (oxigen), temperatura și presiunea gazelor cresc rapid, determinându-le să se aprindă, ducând la o explozie la sfârșitul motorului.

Cu toate acestea, o explozie nu este suficientă pentru ca RDE să funcționeze, este necesară o detonare continuă. Propulsorul intră în motor printr-o placă de injecție special dezvoltată, plină de găuri mici, care ajută unda de șoc a exploziei să se rotească în cilindru. Propulsorul proaspăt alimentează continuu valul până când acesta rămâne fără combustibil. Ahmed și-a lansat studiul la începutul lunii mai pe un test al primului lor motor care utilizează hidrogen și oxigen.

Numărul de unde generate în motor este determinat de cantitatea de combustibil care intră în sistem. Ahmed a avut cinci valuri, dar există un prototip care a avut opt valuri. Nu se știe încă modul în care numărul undelor afectează funcționarea unității, astfel încât cercetătorii au adăugat material de contrast la unitate și apoi au făcut o fotografie a unității care rulează cu o cameră de 200.000 FPS (cadre pe secundă).

Dacă RDE se va dovedi reușit, ar putea fi cu până la 30 la sută mai ușor decât motoarele de astăzi și mult mai eficient din punct de vedere al consumului de combustibil, ca să nu mai vorbim că ar putea fi omise o grămadă de dispozitive, ceea ce îl face mai puțin complex decât motoarele utilizate astăzi. Ceea ce înseamnă șanse mai mici de eroare și costuri mai mici.

Cu toate acestea, acest lucru le cere să lucreze în siguranță, dar până când vom putea înțelege mai bine ce se întâmplă în interiorul motorului, acest lucru va fi dificil de realizat. Problema este că reacția este destul de rapidă (unda de șoc de pornire este de 6500 km/h la un centimetru), deci este extrem de dificil de testat.

Supercomputer vs. matematica

Dacă nu este posibil cu ochii, rămâne tehnologia modernă. Cercetătorii pot utiliza dinamica fluidelor computerizate pentru a crea simulări detaliate ale procesului de explozie - același lucru este folosit pentru proiectarea aeronavelor și a submarinelor. Cu toate acestea, această simulare folosește toate circuitele unui supercomputer. Cel mai bun supercomputer al Departamentului Apărării are nevoie de trei până la patru săptămâni pentru a rula o astfel de simulare.

James Koch, cercetător în matematică aplicată la Universitatea din Washington, a apelat mai degrabă la o ramură specială a matematicii (unde neliniare și dinamica tiparelor) decât la supercomputere, care folosește matematica pentru a modela modul în care se formează anumite tipare. Koch-urile au izbucnit într-un RDE mai mic în laboratorul lor și și-au dat seama că nu aveau nevoie de un supercomputer pentru a-și modela funcționarea, ci doar de matematică.

Pot rula o simulare pe laptop în doar jumătate de minut, ceea ce aruncă un rezultat similar cu cel al unei mașini de minister în 3 săptămâni

Potrivit cercetătorului, tehnica sa va agita valuri mari în lumea științifică, dar este puțin probabil ca el să înlocuiască în curând supercomputerele. Modelul lui Koch nu este încă foarte modificabil (de exemplu, câte găuri sunt injectate în combustibil, ce anume se injectează sau care este diametrul motorului). Este nevoie de ani de muncă pentru un model reglabil.

Forțele aeriene planifică primul său zbor RDE până în 2025, dar Departamentul Apărării al SUA va folosi tehnologia și ca centrală electrică, iar GE investighează motoarele cu reacție. Ahmed a spus că aproape sigur va fi lansată pe rachete pentru prima dată, deoarece ar implica o pierdere semnificativă în greutate.