Článek
Americký vesmírný úřad zahájil loni první mise z programu Artemis, který má nejen dostat člověka po více něž 50 letech zase na Měsíc, ale rovněž tam lidskou přítomnost dlouhodobě udržet. Počítá třeba i s lunární stanicí na jeho oběžné dráze. A proto vyvíjí řadu nových technologií.
Poslední významný přírůstek do hangárů NASA se týká pohonných systémů. Inženýři v Marshall Space Flight Center v Alabamě vyvinuli a už i otestovali prototyp takzvaného rotačního detonačního raketového motoru zkráceně RDRE. Má být výkonnější – teoreticky až o čtvrtinu, ale přitom spotřebovat méně paliva, vypouštět méně emisí a mít i jednodušší a lehčí konstrukci, a tedy má i šanci lety do kosmu zlevnit.
Informace i záběry si můžete poslechnout i prohlédnout v úvodní videoreportáži.
Oproti běžnému spalovacímu motoru funguje tak, že po zažehnutí paliva uvnitř motoru navíc vytváří nepřetržité exploze, po kterých následují supersonické rázové vlny neboli výtrysky energie, které mají pětkrát vyšší rychlost než zvuk, tedy Mach 5.
Rozdíl ve spalování i tvaru
Rotační detonační motory pro kosmické rakety a lodě vyvíjí a testuje kromě NASA i University of Central Florida ve spolupráci s americkým letectvem, jehož inženýři z Air Force Research Lab (AFRL) fungování RDRE také vysvětlují.
„Vše, co letectvo dnes používá, je poháněno deflagrací – pomalým, předvídatelným spalováním. My děláme to, že používáme detonaci. A to mění na motoru všechno od toho, jak palivo spalujeme, po samotný tvar motoru. Používáme tak tvar prstencové komory – je jako kruh, akorát má ve středu kolík,“ vysvětluje v úvodní reportáži tohoto článku kapitán Tylor Rathsack z divize raketových pohonných systémů AFRL.
„Normální motory takhle nefungují. A také palivo odpalujeme, což je úplně odlišný proces než spalování. Představte si rychlé uvolnění tepla a tlaku, které zachytíte, abyste tak dostali něco do vzdáleného kosmu,“ dodává na záznamu, který redakce SZ Tech získala.
„Cykly na bázi detonace jsou tepelně účinnější než u deflagrace, kterou používáme v běžných raketových motorech. To znamená, že když vezmete určité množství paliva, jsme schopni z něj získat více energie. A to znamená, že nakonec můžeme ušetřit váhu na palivu,“ doplňuje další z výhod nového typu motoru kapitán Rathsack.
Motor je z nové slitiny z 3D tiskárny
Síle neustávajících explozí čelí pevná konstrukce z nové slitiny mědi označené jako GRCop-42, kterou vyvinula také sama NASA. Motor vyrábí práškovou metodou na 3D tiskárně. A právě díky této metodě i vlastnostem slitiny zvládne RDRE pracovat za extrémních podmínek i po delší dobu bez rizika přehřátí. A nejen to.
Celkově inženýři v Marshall Space Flight Center loni otestovali motor více než dvanáctkrát. Pracoval dohromady sice jen asi 10 minut, i to ale agentuře NASA a nezávislé konzultantské firmě IN Space LLC z Indiany stačilo na to, aby hlavní úkol zkoušek prohlásily za splněný.
Úspěšné testování i připsaný rekord. NASA postaví ještě větší motor
RDRE prokázal, že konstrukce vyrobená z nové slitiny pomocí 3D tisku dokáže za extrémních teplot a tlaku způsobených detonacemi fungovat i při delších zážezích. V plném chodu vyvinul tah více než 1800 kilogramů a udržel jej po dobu téměř jedné minuty. Průměrný tlak ve spalovací komoře přitom dosáhl 4,2 MPa, což je u tohoto typu motoru rekord.
Na základě testů NASA schválila navazující projekt, a to vyvinutí plně znovupoužitelného raketového motoru RDRE s tahem 4,5 tuny, na kterém chce upřesnit, o kolik výkonnější je novinka oproti tradičním spalovacím motorům raket. I na tuto otázku už ale nabídlo náznak odpovědi americké letectvo.
„Udělali jsme docela zajímavou případovou studii. Teprve v loňském roce (2021 – pozn. red.). Představte si malé startovací plavidlo, vezměte jeho motor – v současnosti fungující na bázi deflagrace, vyměňte ho za RDRE a díky naší schopnosti použít méně paliva na dostání se do kosmu můžeme zvýšit hmotnost nákladu – zhruba dvakrát. Takže zdvojnásobíte náklad a stejně se dostanete na stejnou orbitu,“ vysvětluje v reportáži dále Rathsack z divize raketových pohonných systémů AFRL.
Motor pro cesty na jiné planety s větším nákladem
Úspěšná demonstrace také technologii přiblížila opravdovému použití. NASA a její komerční partneři by pomocí výkonnějšího i úspornějšího pohonu mohli i do vzdálenějšího kosmu posílat větší náklad – a rychleji tak například budovat lidské základny nutné pro udržitelný vesmírný průzkum. Kromě raket na meziplanetárních výpravách lze motory vybavit také pilotované landery čili přistávací moduly.
Rotační detonační pohon je předmětem studií už od 60. let 20. století. Tehdy rozvoj ale brzdily používané chemikálie a způsob jejich míchání v motoru. Posun také zpomalovaly obavy z nevypočitatelnosti explozí při detonacích.
Dnes už však rotační detonační motory pro kosmické rakety a lodě vyvíjí a zkouší i vesmírný úřad JAXA v Japonsku, soukromé americké podniky Venus Aerospace a Aerojet Rocketdyne nebo australský technologický institut RMIT a tamní ministerstvo obrany.
NASA nedávno oznámila i plán testovat raketový motor na jaderný pohon, který by v budoucnu mohl dopravovat astronauty na Měsíc nebo Mars ještě výkonněji a hlavně rychleji. Neuvedla sice o kolik, na projektu ale spolupracuje s výzkumnou agenturou amerického ministerstva obrany DARPA a první testy plánují na rok 2027.
