Отправка кого-то или чего-то за пределы нашей планеты и по сей день является крайне сложным и дорогостоящим удовольствием. В то время как космические путешественники из различных научно-фантастических произведений массовой культуры используют ретрансляторы («Mass Effect»), варп-двигатели («Стартрек») или даже звездные врата («Звездные врата»), в реальности же все куда прозаичнее.

На данный момент нам не известны такие нереальные технологии, потому мы используем ракетное топливо. Естественно, для запуска одного шаттла или ракеты-носителя топлива нужно крайне много. Решить эту проблему может новый вид двигателей — ротационный детонационный.

Пока процесс его разработки далек от завершения, ученые из Вашингтонского университета решили создать математическую модель данного устройства, чтобы лучше понять принцип его работы. Это позволит инженерам проводить точные тесты прототипов и лучше понимать, какие именно улучшения необходимо внедрять.

Итак, как выглядит ракетный двигатель глазами математика и что удалось узнать благодаря моделированию? Ответы на эти вопросы ждут нас в докладе исследовательской группы.

Основа исследования

Вполне очевидно, что для вывода космического аппарата за пределы атмосферы Земли требуется огромное количество энергии. Количество этой энергии зависит от используемого топлива и от двигателя аппарата. Вариантов первого существует немало, однако они далеки от научно-фантастических эквивалентов по своей эффективности. Потому немало внимания уделяется разработке именно нового типа двигателей.

Классический ракетный двигатель работает за счет экзотермической химической реакции горючего и окислителя. Когда эти два компонента топлива вступают в реакцию, генерируется много тепловой энергии и газообразного рабочего тела, которое расширяется. Это приводит к тому, что его внутренняя энергия преобразуется в кинетическую энергию реактивной струи. По своей сути этот химический процесс дефлаграционный, т.е. процесс дозвукового горения.

Дефлаграцию можно заменить на детонацию, когда по веществу распространяется ударная волна, инициирующая химические реакции горения. Тип двигателя, реализующий такую модель, называется импульсный детонационный двигатель, однако он также пока еще в разработке.

В рассматриваемом исследовании речь идет о ротационном детонационном двигателе (RDE, т.е. rotating detonation engine) — устройстве, создающее тягу, в котором самоподдерживающиеся ударные волны, вызванные горением (детонации) распространяются азимутально в кольцевой камере сгорания.