Narodowa Fundacja Nauki (NSF) przeznaczyła pokaźną kwotę 2 milionów dolarów na badania nad silnikami detonacyjnymi. Prace prowadzone na Lehigh University mogą przyspieszyć rozwój technologii, która od lat istnieje głównie w teorii i laboratoriach.
Silniki detonacyjne z wirującą falą. Nowy rozdział w napędach kosmicznych
Zasada działania tych jednostek różni się fundamentalnie od znanych nam rozwiązań. Zamiast kontrolowanego spalania, wykorzystują one wirującą falę detonacyjną przemieszczającą się w pierścieniowej komorze z prędkością sięgającą tysięcy metrów na sekundę. Ten proces pozwala na uwolnienie znacznie większej energii w porównaniu do silników konwencjonalnych.
Czytaj także: Wszechświecie, nadchodzimy! Japoński silnik rakietowy RDE może otworzyć wiele furtek
Technologia ta oferuje kilka kluczowych korzyści. Generuje moce znacznie przewyższające możliwości tradycyjnych silników, przy jednoczesnej wyższej efektywności paliwowej i bardziej zwartej konstrukcji. Szczególnie istotny jest lepszy stosunek ciągu do masy, co bezpośrednio przekłada się na wydajność całego systemu wynoszenia.
Wyzwania ekstremalnych warunków
Nie wszystko jednak wygląda tak różowo. Główną przeszkodą pozostają ekstremalne parametry pracy. Temperatury i ciśnienia wytwarzane przez wirującą detonację potrafią dosłownie niszczyć dostępne materiały konstrukcyjne. Obecne testy pokazują, że metalowe komponenty ulegają degradacji już po zaledwie kilku cyklach pracy.
Właśnie temu problemowi ma zaradzić finansowany projekt. Zespół koncentruje się na opracowaniu specjalnych stopów na bazie miedzi, które wytrzymają obciążenia termomechaniczne charakterystyczne dla tych warunków.
Badacze stosują nowoczesne podejście łączące eksperymenty z zaawansowanymi narzędziami obliczeniowymi. Do tego dochodzi także wykorzystanie algorytmów sztucznej inteligencji u czenia maszynowego do projektowania materiałów. Z kolei symulacje komputerowe pozwalają przewidywać zachowanie stopów w skrajnie trudnych warunkach. Kluczowym elementem będzie budowa miniaturowej platformy testowej RDE, umożliwiającej szybką weryfikację kandydatów na materiały konstrukcyjne.
Perspektywy dla sektora kosmicznego
Ewentualne powodzenie tych badań może mieć znaczący wpływ na całą branżę. Obniżenie kosztów startów otworzyłoby przestrzeń kosmiczną dla mniejszych podmiotów i projektów badawczych. Projekt wpisuje się w szerszą strategię przyspieszenia odkrywania nowych materiałów, gdzie Inicjatywa Materiałów Genomowych zakłada skrócenie czasu rozwoju nowych rozwiązań o połowę przy równoczesnej redukcji kosztów.
Czytaj także: Jak rotacyjny silnik detonacyjny zrewolucjonizuje wojsko i lotnictwo?
Jeśli prace zakończą się sukcesem, wypracowane rozwiązania mogą znaleźć zastosowanie nie tylko w silnikach RDE. Opracowane zasady projektowania stopów konstrukcyjnych mogą przydać się w każdym ekstremalnym środowisku lotniczym, otwierając nowe możliwości dla całego przemysłu lotniczego i kosmicznego.