Zespół inżynierów pracujących w Łukasiewicz – Instytucie Lotnictwa przeprowadził pierwszą na świecie, udaną próbę lotu rakiety doświadczalnej napędzanej silnikiem rakietowym wykorzystującym proces wirującej detonacji. Silnik detonacyjny, zasilany ciekłymi materiałami pędnymi, pracował przez ponad 3 sekundy i rozpędził rakietę do prędkości około 90 m/s. To wystarczyło, aby osiągnąć pułap prawie pół kilometra.
Proces wirującej detonacji może w przyszłości posłużyć do wielu celów – od napędu rakiet, napędów lotniczych po zastosowania w urządzeniach energetycznych. Komory spalania wykorzystujące ten proces mają kilka istotnych zalet. Przede wszystkim posiadają prostą i zwartą konstrukcję, a przez to są lekkie i tanie. W Polsce od ponad 15 lat prowadzone są badania doświadczalne, pod kierunkiem profesora Piotra Wolańskiego, wykorzystania procesu wirującej detonacji w silnikach.
Silnik detonacyjny to sukces na skalę międzynarodową
Udana demonstracja technologii przeprowadzona przez inżynierów Łukasiewicza to sukces na skalę prawdziwie międzynarodową. To pierwsza na świecie udana próba wykorzystania procesu wirującej detonacji do napędu rakiety. Zastosowany w niej silnik detonacyjny zasilany był ciekłymi materiałami pędnymi – ciekłym propanem oraz ciekłym podtlenkiem azotu. Być może kogoś to dziwi, ale polscy naukowcy często pracują nad zupełnie innowacyjnymi rozwiązaniami kosmicznymi. Pisaliśmy o tym wielokrotnie na naszym blogu, m.in. w tekście „Polscy optoelektronicy współtworzą dla NASA fotometr GLOWS do badań heliosfery”.
Do napędu rakiety wykorzystano detonacyjny silnik stożkowy opracowany przez dr. inż. Michała Kawalca z Łukasiewicz – Instytutu Lotnictwa. Kierował on też zespołem budującym rakietę i nadzorował lot rakiety. Opiekunem merytorycznym zespołu jest zatrudniony w Instytucie profesor Piotr Wolański, światowej klasy ekspert w dziedzinie wirującej detonacji.
Dr inż. Paweł Stężycki, dyrektor Łukasiewicz – Instytutu Lotnictwa, powiedział, że „udana próba startu rakiety z silnikiem detonacyjnym to olbrzymi sukces naszego zespołu. Obecnie przodujemy w badaniach nad tą technologią, ale jesteśmy też świadomi tego, że dużo pracy jeszcze przed nami. Zastosowanie dla nowego silnika może być bardzo szerokie, od branży lotniczo-kosmicznej po energetyczną. Naszym celem na ten moment jest dalsze rozwijanie technologii tego procesu”.
Pionierami w badaniach w zakresie wirującej detonacji są Polacy oraz Japończycy. Ci ostatni także już mają za sobą test własnej rakiety z napędem detonacyjnym. Próbę przeprowadzono jednak w kosmosie, przy zastosowaniu napędu pomocniczego. Polskie rozwiązanie umożliwiło całkowicie samodzielny start rakiety.
Wykorzystany do napędu silnik detonacyjny był chłodzony oboma składnikami materiału pędnego. Zastosowanie tzw. regeneracyjnego chłodzenia silnika pozwala na odzyskanie ciepła z detonacyjnej komory spalania przekazywanego do ścianek silnika. Ciepło to ogrzewa więc oba czynniki chłodzące silnik, czyli propan i podtlenek azotu, dzięki czemu są one doprowadzane do komory detonacyjnej silnika w odpowiednio wyższej temperaturze. To sprawia, że tzw. „straty ciepła na chłodzenie” są odzyskiwane i możliwe jest uzyskanie większej sprawności silnika.
Silnik detonacyjny będzie sprawniejszy od klasycznego
Wykorzystanie w komorze silnika procesu wirującej detonacji pozwala na uzyskanie większej sprawności silnika. Dzieje się tak dlatego, że w procesie detonacji, w odróżnieniu od klasycznego spalania deflagracyjnego, ciśnienie rośnie (tzw. Pressure Gain Combustion – spalanie powodujące wzrost ciśnienia). Dodatkowo, z uwagi na bardzo dużą gęstość wydzielanej energii, silnik może być znacznie mniejszy, bardziej zwarty, a w efekcie – lżejszy.
Wykorzystanie do napędu rakiet silnika z wirującą detonacją powinno umożliwić poprawienie efektywności napędu. To oznacza m.in. zwiększenie osiągów rakiet napędzanych takimi silnikami w stosunku do rakiet napędzanych klasycznymi silnikami rakietowymi.
Być może pojazdy wyposażone w silnik detonacyjny będą mogły być w przyszłość montowane na orbicie okołoziemskiej? O bardzo realnych planach z tym związanych pisaliśmy na naszym blogu w tekście „Unia Europejska chce zbudować kosmiczną fabrykę”.
Źródło: Łukasiewicz – Instytut Lotnictwa