AvanTIIl motore a detonazione rotante della NASA

Un team di ingegneri della NASA, con la collaborazione di IN Space LLC, ha sviluppato e testato il primo prototipo a dimensioni reali di un motore a detonazione rotante, o “Rotating Detonation Rocket Engine” (RDRE). Questa tipologia di motore di nuova generazione è in grado di fornire una spinta elevata con un’efficienza maggiore rispetto agli attuali motori e, pertanto, potrebbe alimentare le future missioni di esplorazione nello spazio profondo.

Il prototipo è stato testato tra giugno e agosto del 2022 presso la East Test Area di Huntsville, al Marshall Space Flight Center, in Alabama, e oggi la NASA ha validato i dati ottenuti dalle prove di accensione. Il funzionamento di un RDRE si basa sulla combustione supersonica, nota come detonazione, che consente di generare una spinta maggiore utilizzando meno carburante rispetto ai sistemi di propulsione attualmente in uso. Ciò è dovuto al fatto che le onde di detonazione del combustibile non vengono espulse dalla camera dopo ogni “impulso”, ma vengono “riciclate” circolando attorno ad un canale ad anello (combustion Chamber Annulus).

La miscela di combustibile e ossidante viene iniettata all’interno del canale e fatta detonare tramite un igniter. Le onde di detonazione iniziano a circolare attorno alla camera, rendendo le detonazioni autosufficienti dopo il primo avvio. L’energia prodotta è infatti sufficiente a sostenere le detonazioni della miscela iniettata successivamente. I prodotti della combustione si espandono fuori dal canale, espulsi dalla miscela in entrata, generando quindi la spinta. Durante i test, il motore è stato accesso 17 volte per un totale di 10 minuti di funzionamento. Operando a pieno regime, l’RDRE ha prodotto una spinta di oltre 17,8 kN per quasi un minuto, con una pressione media in camera di circa 4,6 N/mm2.

L’obiettivo principale dei test era di dimostrare che l’attrezzatura dell’RDRE poteva funzionare per periodi prolungati resistendo alle condizioni estreme generate dalle detonazioni. I suoi componenti sono stati realizzati tramite tecniche di stampa 3D all’avanguardia. Il principale materiale adoperato è una lega di rame sviluppata dalla NASA, nota come GRCop-42, prodotta utilizzando la fusione a letto di polvere. Qui una fonte di calore, come un laser, viene utilizzata per fondere le particelle di polvere del materiale strato per strato, formando un pezzo solido unico. Tale tecnica ha consentito ai vari componenti di resistere alle condizioni estreme senza alcun particolare problema.

A seguito dei risultati positivi ottenuti con questo primo prototipo, gli ingegneri della NASA stanno ora lavorando per sviluppare un motore RDRE di maggiori dimensioni, completamente riutilizzabile e ancora più potente. Questo nuovo tipo di motore potrebbe essere utilizzato per alimentare sia lander umani che veicoli interplanetari per le destinazioni più lontane nello spazio, come la Luna e Marte, e potrebbe rappresentare un’alternativa alle altre tecnologie attualmente in studio, come quella termico nucleare, o a quella chimica a combustione classica.