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JAXA testa per la prima volta nello spazio un motore a detonazione rotante

Testati due motori a detonazione futuristici, aprono la porta a nuovi modi di esplorare lo spazio profondo.

Categorie Agenzie spaziali · Come funziona · Veicoli spaziali

Esplorare i confini del sistema solare e viaggiare a bordo di aerei con lo stesso tipo di motore al momento è solo un gioco per scienziati ma presto potrebbe diventare realtà. La JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency) ha recentemente annunciato di aver testato con successo un nuovo tipo di motore rivoluzionario nello spazio. Finora era stato solo un pezzo da laboratorio con scarse speranze di applicazioni reali.

Si tratta di un’evoluzione dei pulsoreattori, motori a combustione interna che si differenziano dai loro simili per via della continuità della combustione. Come suggerisce il nome, i pulsoreattori pulsano, ovvero forniscono una spinta intermittente. Il modo nel quale si realizza questa combustione pulsante è semplice ma nasconde difficoltà ingegneristiche di applicazione che lo rendono poco efficiente. Almeno fino ad oggi.

Motore a detonazione rotante JAXA

Lancio del 27 luglio 2021

Per la prima volta è stato testato nello spazio un motore a detonazione rotante. Il 27 luglio scorso, a bordo del razzo sonda S-520-31, è stato lanciato su una traiettoria suborbitale un sistema in grado di testare per la prima volta due innovativi sistemi di propulsione.

Il primo ad accendersi, dopo lo spegnimento del primo stadio avvenuto a circa 200 chilometri, è stato il motore a detonazione rotante. Poi il motore a detonazione a impulsi. L’agenzia spaziale nipponica dopo aver analizzato i dati raccolti su una capsula, che è ammarata nell’oceano, ha affermato che i test sono stati effettuati con successo. 

Il motore a detonazione rotante ha compiuto un accensione di 6 secondi riuscendo a produrre 500 N di spinta. Il secondo pulsoreattore ha invece eseguito 3 accensioni da due secondi ciascuna. Entrambi hanno funzionato come previsto.

Si tratta di un passo molto importante nel settore aerospaziale perché in termini di efficienza i pulsoreattori sono molto più efficienti e richiedono molto meno carburante rispetto agli attuali esoreattori. Ciò dimostra che sarà possibile effettuare missioni di lunga durata nello spazio profondo in maniera più semplice ed economica 

Principio di funzionamento del motore a impulsi

Entrambi i motori sopra citati sono un’evoluzione dei pulsoreattori. I pulsoreattori sono motori a combustione interna nei quali la combustione non avviene in maniera continua come negli esoreattori ma bensì in maniera intermittente. Inoltre, nelle applicazioni aeronautiche, l’aria viene spillata in maniera dinamica, ovvero senza sfruttare un compressore.

La spinta può essere generata sia tramite una detonazione che una deflagrazione. La differenza sta nella velocità alla quale si espande il fronte di fiamma. Nella deflagrazione i gas di scarico raggiungono velocità inferiori a quella del suono, mentre nella detonazione una velocità maggiore. Si può apprezzare la differenza anche in casi generici di esplosioni. In caso di incendio si tiene conto anche di queste informazioni per risalire alla causa che lo ha generato.

PDE, Pulse Detonation Engine

Nello specifico la JAXA ha testato dei motori a detonazione rotante, fino agli anni 50 ritenuti impossibili da realizzare. Il principio è lo stesso di quello descritto sopra ma la differenza sta nell’ugello. Quest’ultimo è formato da due cilindri concentrici di diametro differente. All’interno dell’intercapedine che si forma si espandono i prodotti dell’esplosione. 

Così facendo si cerca di ottenere una autosufficienza tra una “pulsazione” e l’altra. I parametri per mantenere attivo questo processo sono svariati da qui le difficoltà tecniche che rendevano impossibile la realizzazione. Inoltre, le detonazioni sono difficili da controllare e caotiche dunque serve una progettazione molto accurata della camera di combustione. 

Efficenza motore confronto jaxa

Vantaggi del motore testato da JAXA

Nel caso aeronautico, specialmente alle alte velocità di volo, con questi sistemi si riescono a raggiungere efficienza maggiori dei turbofan. Nello spazio dove invece non c’è l’aria, la miscela di combustibile e ossigeno permette di realizzare propulsori più piccoli e leggeri, vantaggi non trascurabili in un settore dove anche solo un chilo di massa in più arriva a costare decine di migliaia di dollari.

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