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NASA加速旋转爆震火箭发动机开发测试工作
关键词:      时间:2023-09-20

【据美国《航空周刊》网站2023年9月8日报道】NASA加速旋转爆炸火箭发动机(RDRE)的开发工作,目前正在开发可重复使用的44.5kN推力RDRE演示样机,用于未来的太空着陆器和星际飞行。

RDRE利用爆震产生的超声速燃烧增加燃烧室内反应物气体的热量和压力,将其用作着陆器或星际飞行动力主要有两大优势:①产生高推力与高比冲,比冲是目前火箭的2倍;②具有较短的燃烧室(比火箭发动机缩短约50%),大大节省了发动机空间与重量。

2019年,NASA和几所大学开始了一型RDRE的开发工作,其马歇尔太空飞行中心(MSFC)和主要合作伙伴IN Space公司采用增材制造技术制造了一型RDRE。2022年6月至8月,该型RDRE成功进行了测试。测试在两台采用再生冷却技术的RDRE上进行,分别使用液氧/甲烷和液氧/液氢燃料,共启动17次,累计运行时间超过600秒。在全油门测试中,发动机在平均壁面压力超过4000kN/㎡的环境下,15秒内产生了超过17.8kN的推力。为应对长时间爆震燃烧产生的高温高压,NASA开发并使用了用于增材制造的铜合金GRCop-42材料。此外,在大多数测试中,最多可以观察到燃烧室同时产生5个同向旋转爆震波,个别测试中观察到同时产生2-3个旋转爆震波。

此次测试后,NASA即与金星航宇公司展开合作,开发并测试44.5kN推力RDRE。MSFC液体推进系统开发和测试工程师托马斯·蒂斯利表示,新型RDRE的热负荷更高,也将采用再生冷却结构,有望用于月球着陆器,为月球商业化活动提供服务。

IN Space公司共有人、普渡大学机械工程系教授史蒂夫·海斯特表示,探空火箭飞行可以在真空中测试RDRE性能,帮助将RDRE转化到现实应用,但NASA还未在太空真空环境中验证过爆震发动机性能。

在美国以外,相关国家已经开展了RDRE的初步飞行测试。2021年7月,日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)与三所日本大学合作,在S-520-31探空火箭上面级安装了一型气态甲烷/氧气RDRE,并在太空中演示了点火过程,测试中还测量出一个较小扭矩,由爆震波前缘与爆震室壁面的粘性相互作用产生。此外,2021年9月,波兰航空研究所在Zielonka军事武器技术研究所试验场成功发射了一枚由丙烷/氧化亚氮RDRE作为主动力的小型探空火箭,RDRE运行了3.2秒,将火箭加速至约90米/秒的速度和450米的高度。

除了与NASA合作,金星航宇公司还获得了空客风险投资公司的额外支持以开发RDRE,为9马赫高超声速运输和无人驾驶飞行器提供动力。2022年9月,该公司在休斯顿试验场开展了液体燃料RDRE的首次试车,并将研究重点放在了长时间运行上,为之后开展3马赫验证机初步飞行测试做好准备。