宇宙探査の現在の時代では、ゲームの名前は「費用対効果」です。個々の打ち上げに関連するコストを削減することにより、宇宙機関や民間航空宇宙会社（別名、NewSpace）は、宇宙へのアクセスを拡大しています。打ち上げのコストに関しては、最大の費用は推進剤の費用です。簡単に言えば、地球の重力を解放するにはロケット燃料が大量に必要になります。
これに対処するために、ワシントン大学の研究者は最近、新しい発射メカニズム、つまり回転デトネーションエンジン（RDE）の働きを説明する数学モデルを開発しました。この軽量設計により、燃費が向上し、構築が簡単になります。ただし、予測不可能であり、現在サービスを提供できないというかなり大きなトレードオフが伴います。
彼らの研究を説明する研究（「モードロック回転デトネーション波：実験とモデル方程式」）は、最近ジャーナルに掲載されました フィジカルレビューE。研究チームは、航空学および宇宙学のUW博士課程の学生であるJames Kochが率いるほか、黒坂満氏とカールノウレン氏（UW航空宇宙学教授）が含まれていました。応用数学のUW教授であるJ. Nathan Kutz。
従来のロケットエンジンでは、推進剤は点火チャンバー内で燃焼され、その後、ノズルを通って背中から排出されて推力を生成します。 RDEでは、KochがUWニュースリリースで説明したように、動作が異なります。
「回転デトネーションエンジンは、推進剤の燃焼方法に異なるアプローチをとります。同心の円筒でできています。推進剤はシリンダー間の隙間を流れ、点火後、急速な熱放出は衝撃波を形成します。衝撃波は、音速よりも速く移動する、圧力と温度が大幅に高いガスの強力なパルスです。
これにより、RDEは従来のエンジンとは異なり、燃焼反応を加速および加速できるように制御および制御するために多くの機械が必要になります。しかし、RDEでは、イグニッションによって生成される衝撃波が自然に推力を生み出し、追加のエンジン部品を必要としません。
しかし、Kochが示すように、回転デトネーションエンジン分野はまだその初期段階にあり、エンジニアは自分たちが何ができるかまだ確信がありません。したがって、彼と彼の同僚が、利用可能なデータを再キャストし、パターン形成を調べることからなるコンセプトをテストすることにした理由。最初に、彼らは（シリンダー間のギャップのサイズのような）異なるパラメーターを制御することを可能にする実験的なRDE（下に示される）を開発しました。
次に、高速カメラで燃焼プロセス（毎回完了するのに0.5秒しかかかりませんでした）を記録しました。カメラは毎秒240,000フレームの速度ですべての点火を記録し、チームがスローモーションで展開する反応を観察できるようにしました。コッホが説明したように、彼と彼の同僚は、エンジンが実際にうまく機能していることを発見しました。
「この燃焼プロセスは文字通り爆発–爆発–ですが、この初期の起動フェーズの背後で、利用可能な推進剤を消費し続ける多くの安定した燃焼パルスが発生します。これにより、圧力と温度が高くなり、高速でエンジンの背面の排気が駆動され、推力が発生する可能性があります。
次に、研究者は実験で観察したものを模倣する数学モデルを開発しました。この種の最初のモデルにより、チームはRDEが安定しているかどうかを初めて判断することができました。また、このモデルはまだ他のエンジニアが使用する準備ができていませんが、他の研究チームが特定のRDEのパフォーマンスを評価できるようにする可能性があります。
前述のように、エンジンの設計には欠点があります。これは予測できない性質です。一方では、燃焼による衝撃のプロセスは、当然、燃焼室による衝撃の圧縮につながり、推力をもたらします。一方、いったん開始すると、爆発は暴力的で制御されていません。ロケットに関しては、まったく受け入れられないものです。
しかし、コッホが説明したように、この研究は、このエンジン設計をテストし、その挙動を定量的に測定するという点で成功しました。これは良い最初のステップであり、RDEの実際の開発と実現への道を開くのに役立ちます。
「ここでの私の目標は、私たちが見たパルスの動作を再現することだけでした。モデルの出力が実験結果と同じであることを確認することです」とコッホ氏は語った。 「私は支配的な物理学とそれらがどのように相互作用するかを特定しました。ここで、私がここで行ったことを取り入れて、それを定量的にすることができます。そこから、より良いエンジンを作る方法について話し合うことができます。」
コッホと彼の同僚の研究は、米国空軍科学研究局と海軍研究局から提供された資金のおかげで可能になりました。言うのは時期尚早ですが、この研究の影響は広範囲に及ぶ可能性があり、その結果、ロケットエンジンの製造が容易になり、コスト効率が向上します。必要なのは、エンジンの設計自体が安全で信頼できることを確認することだけです。
