Pierwszy na świecie start rakiety napędzanej silnikiem detonacyjnym

Zespół inżynierów z Łukasiewicz – Instytutu Lotnictwa przeprowadził pierwszą na świecie, udaną próbę lotu rakiety doświadczalnej napędzanej silnikiem rakietowym wykorzystującym proces wirującej detonacji, zasilanego ciekłymi materiałami pędnymi.

Próbę przeprowadzono 15 września br. na poligonie Wojskowego Instytutu Technicznego Uzbrojenia w Zielonce pod Warszawą. Silnik rakietowy, zgodnie z planem, pracował przez 3,2 s. rozpędzając rakietę do prędkości około 90 m/s, co pozwoliło na osiągnięcie przez rakietę pułapu 450 m.

• Istnieje bardzo szerokie pole zastosowań procesu wirującej detonacji – od napędu rakiet, napędów lotniczych po zastosowania w urządzeniach energetycznych.
• Komory spalania wykorzystujące proces wirującej detonacji mają kilka istotnych zalet, posiadają prostą i zwartą konstrukcję, a przez to są lekkie i tanie.
• W Polsce od ponad 15 lat, pod kierunkiem profesora Piotra Wolańskiego prowadzone są badania doświadczalne wykorzystania procesu wirującej detonacji w silnikach.
• Nad technologią wykorzystania wirującej detonacji pracują obecnie największe światowe koncerny. Przykładem mogą być Pratt&Whitney oraz GE, które na prowadzenie  prac związanych z rozwojem napędu detonacyjnego otrzymały łącznie 500 mln USD z laboratorium badawczego lotnictwa amerykańskiego (US Air Force Research Laboratory).

Udana demonstracja technologii wirującej detonacji przeprowadzona przez inżynierów Łukasiewicza to sukces na skalę międzynarodową. To pierwsza na świecie udana próba wykorzystania do napędu rakiety – silnika detonacyjnego zasilanego ciekłymi materiałami pędnymi, ciekłym propanem oraz ciekłym podtlenkiem azotu.

Do napędu rakiety wykorzystano detonacyjny silnik stożkowy opracowany przez dr. inż. Michała Kawalca z Łukasiewicz – Instytutu Lotnictwa, który również kierował zespołem budującym rakietę i doświadczalnym lotem tej rakiety. Opiekunem merytorycznym zespołu jest zatrudniony w Instytucie profesor Piotr Wolański, światowej klasy ekspert w dziedzinie wirującej detonacji.

– Udana próba startu rakiety z silnikiem detonacyjnym to olbrzymi sukces naszego zespołu. Obecnie przodujemy w badaniach nad tą technologią, ale jesteśmy też świadomi tego, że dużo pracy jeszcze przed nami. Zastosowanie dla nowego silnika może być bardzo szerokie, od branży lotniczo-kosmicznej po energetyczną. Naszym celem na ten moment jest dalsze rozwijanie technologii tego procesu – mówi dr inż. Paweł Stężycki, dyrektor Łukasiewicz – Instytutu Lotnictwa.

Pionierami w badaniach w zakresie wirującej detonacji są Polacy oraz Japończycy. Ci ostatni także przeprowadzili test własnej rakiety z napędem detonacyjnym – próbę przeprowadzono w kosmosie, jednak przy zastosowaniu napędu pomocniczego. Polskie rozwiązanie pozwoliło na całkowicie samodzielny start rakiety.

Przewaga nad klasycznymi napędami silników rakietowych

Wykorzystany do napędu silnik był chłodzony oboma składnikami materiału pędnego. Zastosowanie tzw. regeneracyjnego chłodzenia silnika pozwala na odzyskanie ciepła z detonacyjnej komory spalania przekazywanego do ścianek silnika. Ciepło to ogrzewa więc oba czynniki chłodzące silnik, propan i podtlenek azotu, które o podwyższonej temperaturze są doprowadzane do komory detonacyjnej silnika. Dzięki temu, tzw. „straty ciepła na chłodzenie” są odzyskiwane i możliwe jest uzyskanie większej sprawności silnika.

Wykorzystanie w komorze silnika procesu wirującej detonacji pozwala na uzyskanie większej sprawności silnika, gdyż w procesie detonacji, w odróżnieniu od klasycznego spalania deflagracyjnego, ciśnienie rośnie (tzw. Pressure Gain Combustion – spalanie powodujące wzrost ciśnienia).

Dodatkowo z uwagi na bardzo dużą gęstość wydzielanej energii silnik jest znacznie mniejszy, bardziej zwarty, a w efekcie – lżejszy.

Wykorzystanie do napędu rakiet silnika z wirującą detonacją umożliwi więc poprawienie efektywności napędu oraz zwiększenie osiągów rakiet napędzanych takimi silnikami w stosunku do rakiet napędzanych klasycznymi silnikami rakietowymi.

Wirująca detonacja w Polsce

W Polsce od ponad 15 lat, pod kierunkiem profesora Piotra Wolańskiego prowadzone są badania doświadczalne procesu wirującej detonacji zarówno w aspekcie jej stosowania do silników turbinowych, jak i rakietowych; początkowo tylko w Instytucie Techniki Cieplnej Politechniki Warszawskiej, a od ponad 11 lat również w Łukasiewicz – Instytucie Lotnictwa.

Szczegółowe zestawienie tych prac jest opisane w wydanej ostatnio monografii profesora Wolańskiego pt. „Research on detonative propulsion in Poland” (Badania napędów detonacyjnych w Polsce), przez Biblioteką Naukową  Łukasiewicz-Instytutu Lotnictwa (nr 60).