S hipersoničnim letalom v vesolje?

Znanstveniki so v laboratoriju ustvarili pojav, za katerega se je dolgo časa domnevalo, da je ključen za preboj v novo fazo letenja. Pojav, ki se imenuje nadzorovana detonacija bi lahko bil ključen za hipersonična letala in vesoljska letala, ki bi lahko brez težav dosegli orbito in nato v brezračnem prostoru hitro in učinkovito obkrižili svet.

Detonacije so še posebej močna vrsta eksplozije, ki se premika navzven hitreje od hitrosti zvoka. Ogromna eksplozija, ki je avgusta lani pretresla pristanišče Bejrut v Libanonu, je bila detonacija, široko uničenje, ki ga je povzročilo, pa kaže na ogromno energije, ki jo lahko proizvedejo.

Znanstveniki že dolgo sanjajo o izdelavi letalskih motorjev, ki lahko izkoristijo to energijo. Takšno plovilo bi lahko teoretično odletelo iz New Yorka v London v manj kot uri. Toda detonacije je neverjetno težko nadzorovati in običajno trajajo manj kot mikrosekundo.

Zdaj je ekipa z Univerze na Srednji Floridi ustvarila eksperimentalno postavitev, ki jim omogoča, da so vzdrževali detonacijo v fiksnem položaju tudi po več sekund, kar je po mnenju raziskovalcev velik korak k prihodnjim hipersoničnim pogonskim sistemom.

“Tu poskušamo nadzorovati to detonacijo,” je povedal Kareem Ahmed, izredni profesor strojništva in vesoljskega inženirstva na Univerzi na Floridi, in glavni avtor novega članka o raziskavi, objavljenega v ponedeljek (10. maja). ) v reviji Zbornik Nacionalne akademije znanosti.

“Detonacijo želimo “zamrzniti” v prostoru in izkoristiti to energijo. Namesto da uničuje zgradbe, kot ste videli v Libanonu, jo zdaj želim uporabiti in z njo ustvariti potisk,” je dejal Ahmed za Live Science. “Če lahko to storimo, lahko potujemo super hitro.”

Preboj je bil zgrajen na desetletjih raziskav teoretičnega pogonskega sistema, imenovanega poševni detonacijski motor (ODWE). Koncept deluje tako, da mešanico zraka in goriva pri hipersoničnih hitrostih (več kot petkrat večji od hitrosti zvoka) usmeri proti rampi, kar ustvari udarni val. Ta udarni val hitro segreje mešanico goriva in zraka in povzroči njeno detonacijo ter pri visoki hitrosti izstreli izpušne pline iz zadnjega dela motorja. Rezultat? Veliko potiska.

Ko na ta način detoniramo mešanico zraka in goriva, je izgorevanje, ki izhaja, izredno učinkovito, saj je zgorelo skoraj 100% goriva. Detonacija ustvarja tudi velik pritisk, kar pomeni, da lahko motor ustvari veliko več potiska kot s trenutnimi pristopi. Teoretično bi morala ta detonacija poganjati letalo s hitrostjo do 17-krat mahov, oz. 17-krat hitreje od hitrosti zvoka, pravijo raziskovalci, kar bi lahko bilo dovolj hitro, da bi vesoljska plovila preprosto odletela iz ozračja.

Izziv je vzdrževanje detonacije dovolj dolgo, prejšnje eksperimentalne demonstracije pa so se končale v samo nekaj milisekundah. Glavna težava, je dejal Ahmed, je v preprečevanju, da bi detonacija potovala proti viru goriva, kjer bi lahko povzročila resno škodo.

Da bi ugotovili, ali bi lahko izboljšali prejšnji rekord, sta Ahmed in njegovi kolegi zgradila približno 2,5 metra dolgo (0,76 metra) serijo komor, ki mešajo in ogrevajo zrak in vodikov plin, preden ga pospešijo do hipersonične hitrosti in detonirajo na rampi.

S skrbnim uravnoteženjem razmerja mešanice zraka in goriva, hitrosti pretoka plina in kota rampe so znanstveniki ustvarili detonacijo, ki je trajala približno 3 sekunde. To je dovolj dolgo, da se potrdi, da so uspeli stabilizirati detonacijo v fiksnem položaju in ni potovala navzgor ali navzdol, je dejal Ahmed, kar je prvi pomemben korak k uresničitvi resničnega ODWE motorja.

Ahmed je povedal, da se struktura preizkusne naprave ne razlikuje bistveno od zasnove celovitega ODWE motorja. Glavni izziv za raziskovalce je zdaj ugotoviti, kako lahko spremenijo tri ključne sestavine – mešanico goriv, ​​hitrosti zraka in kota rampe, hkrati pa ohranijo stabilnost detonacije.

“Zdaj smo dokazali, da je to izvedljivo, sedaj pa imamo bolj inženirski problem ugotoviti kako detonacijo ohraniti v operativnem okolju (pravem motorju),” je še dejal Ahmed.