NASA測試罕見的旋轉引爆超音速火箭發動機

美國國家航空航天局（NASA）和位於印第安納州的航空航天公司IN Space LLC已經開始分析來自一個非凡的火箭發動機設計的測試數據。他們測試的是一種旋轉引爆火箭發動機，它利用燃燒的燃料和氧化劑的共同作用下，通過產生超音速的衝擊波來產生推力。這些發動機比用於將人類和貨物運送到太空的化學發動機性能更加強大，美國宇航局的測試涵蓋了十幾次運行，併產生了這種發動機設計的最大推力。航天局旨在通過這些測試來測試材料強度，它計劃很快測試一個更高功率的變體。

一個典型的火箭發動機，如美國國家航空航天局的太空發射系統（SLS）火箭或SpaceX公司的獵鷹陣容，使用一個標準燃燒室來產生推力。這個燃燒室將推進劑（燃料）和氧化劑（可燃材料）以高壓送入燃燒室，在那裡它們被點燃。所產生的推力然後通過一個精心製作的噴嘴--而廢氣和燃燒室中的產品的平衡（燃燒室壓力）是決定發動機是否會工作或是否會簡單地將廢氣送回罐中的關鍵。

這個過程被稱為爆燃，這是一個技術術語，即燃燒反應的廢氣或副產品的速度慢於音速。在類似的情況下，爆炸是指副產品的速度超過音速或超音速。這給它們帶來了額外的效果，因為氣體激發了它們所處的介質的粒子。作為一個簡單的例子，地球上的三硝基甲苯（TNT）爆炸是一種引爆，因為水、氫氣、一氧化碳和其他副產品在空氣中的傳播速度比聲音快。這也導致了爆炸時觀察到的特有的衝擊波。

旋轉引爆發動機內部的實景圖，顯示了燃燒混合物如何移動。

旋轉引爆發動機還利用引爆原理在燃燒室內建立一個自我維持的壓力，這帶來了更高的燃油效率和更高的功率。在這樣的發動機中，燃燒產物在一個圓柱形的燃燒器內遊動，或技術上稱為環形燃燒器。這種燃燒器的形狀允許來自爆燃的壓力波圍繞發動機旋轉，波在這樣的過程中"追逐"自己。 它們的高速度導致波浪每秒覆蓋數萬轉，爆燃過程能更好地將燃料的能量轉化為推力。

美國宇航局表示，其RDNE在阿拉巴馬州亨茨維爾的馬歇爾太空飛行中心進行了幾次熱火測試，該機構正在與In Space, LLC合作分析這些數據。這對搭檔進行了十多次測試，看到發動機累計點火超過10分鐘。此外，RDNE的全油門測試看到它產生了4000磅的推力，腔室壓力為每平方英寸622磅（psi），psi讀數是旋轉引爆設計的最高值。傳統的發動機，如NASA和SpaceX目前使用的發動機，其腔體壓力為數千磅/平方英寸。

據航天局稱，這些測試的目的不是為了創造新的腔室壓力記錄。相反，美國宇航局旨在評估發動機的建造材料是否能夠承受爆炸性燃燒的高壓力--特別是用於火箭推進的燃燒。據航天局稱，這些材料是通過3D列印製造的，所用材料是"NASA開發的銅合金GRCop-42"。4000磅推力的發動機也成功地實現節流並演示了自行點火，美國宇航局現在的目標是測試一個更強大的10000磅版本。

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