अंतरिक्ष अन्वेषण के वर्तमान युग में, खेल का नाम "लागत प्रभावी" है। व्यक्तिगत लॉन्च, अंतरिक्ष एजेंसियों और निजी एयरोस्पेस कंपनियों (उर्फ न्यूस्पेस) के साथ जुड़े लागत को कम करके यह सुनिश्चित कर रहा है कि अंतरिक्ष तक पहुंच अधिक हो। और जब लॉन्च की लागत की बात आती है, तो सबसे बड़ा खर्च प्रचारक का होता है। इसे सीधे शब्दों में कहें, तो पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण से मुक्त होकर बहुत सारे रॉकेट ईंधन लगते हैं!
इसे संबोधित करने के लिए, वाशिंगटन विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने हाल ही में एक गणितीय मॉडल विकसित किया है जो एक नए लॉन्च तंत्र के कामकाज का वर्णन करता है: घूर्णन विस्फोट इंजन (आरडीई)। यह हल्का डिज़ाइन अधिक ईंधन दक्षता प्रदान करता है और निर्माण के लिए कम जटिल है। हालाँकि, यह बहुत बड़ी ट्रेड-ऑफ के साथ आता है, जिसे अभी अप्रत्याशित रूप से सेवा में डाल दिया जाना है।
अध्ययन जो उनके शोध का वर्णन करता है ("मोड-लॉक रोटेटिंग डेटोनेशन वेव्स: प्रयोग और एक मॉडल समीकरण") हाल ही में जर्नल में दिखाई दिया भौतिक समीक्षा ई। अनुसंधान दल का नेतृत्व एरोनॉटिक्स और अंतरिक्ष यात्रियों में एक यूडब्ल्यू डॉक्टरेट छात्र जेम्स कोच ने किया था, और इसमें मित्सु कुरुसाका और कार्ल नॉलेन शामिल थे, जो एयरोनॉटिक्स और एस्ट्रोनॉटिक्स के यूडब्ल्यू प्रोफेसरों दोनों थे; और जे। नाथन कुटज़, जो कि लागू गणित के एक UW प्रोफेसर थे।
एक पारंपरिक रॉकेट इंजन में, प्रणोदक को प्रज्वलन कक्ष में जलाया जाता है और फिर जोर लगाने के लिए नलिका के माध्यम से पीछे से बाहर निकाल दिया जाता है। RDE में, चीजें अलग तरह से काम करती हैं, जैसा कि कोच ने UW न्यूज़ रिलीज़ में बताया है:
“एक घूर्णन विस्फोट इंजन एक अलग दृष्टिकोण लेता है कि यह कैसे प्रणोदक का दहन करता है। यह गाढ़ा सिलेंडरों से बना है। प्रणोदक सिलेंडरों के बीच की खाई में बहता है, और, प्रज्वलन के बाद, तेज गर्मी रिलीज एक सदमे की लहर बनाता है, काफी उच्च दबाव और तापमान के साथ गैस की एक मजबूत नाड़ी जो ध्वनि की गति से तेज गति से आगे बढ़ रही है।
यह आरडीई को पारंपरिक इंजन से अलग करता है, जिसे दहन प्रतिक्रिया को निर्देशित करने और नियंत्रित करने के लिए बहुत अधिक मशीनरी की आवश्यकता होती है ताकि इसे त्वरण में बदल दिया जा सके। लेकिन एक आरडीई में, प्रज्वलन द्वारा उत्पन्न सदमे की लहर स्वाभाविक रूप से और अतिरिक्त इंजन भागों की आवश्यकता के बिना जोर पैदा करती है।
हालांकि, जैसा कि कोच ने संकेत दिया है, घूर्णन विस्फोट इंजन क्षेत्र अभी भी अपनी प्रारंभिक अवस्था में है और इंजीनियर अभी भी निश्चित नहीं हैं कि वे क्या करने में सक्षम हैं। इसलिए उन्होंने और उनके सहयोगियों ने अवधारणा का परीक्षण करने का फैसला किया, जिसमें उपलब्ध डेटा को पुन: व्यवस्थित करना और पैटर्न संरचनाओं को देखना शामिल था। सबसे पहले, उन्होंने एक प्रायोगिक आरडीई (नीचे दिखाया गया) विकसित किया जिससे उन्हें विभिन्न मापदंडों को नियंत्रित करने की अनुमति मिली (जैसे कि सिलेंडरों के बीच के अंतर का आकार)।
फिर उन्होंने उच्च गति वाले कैमरे के साथ दहन प्रक्रियाओं को दर्ज किया (जिसमें हर बार पूरा करने में केवल 0.5 सेकंड लगते थे)। कैमरे ने हर इग्निशन को 240,000 फ्रेम प्रति सेकंड की दर से रिकॉर्ड किया, जिससे टीम धीमी गति में प्रकट होने वाली प्रतिक्रियाओं को देख सकी। जैसा कि कोच ने बताया, उन्होंने और उनके सहयोगियों ने पाया कि इंजन वास्तव में अच्छा प्रदर्शन करता था।
"इस दहन प्रक्रिया का शाब्दिक अर्थ है एक विस्फोट - एक विस्फोट - लेकिन इस प्रारंभिक स्टार्ट-अप चरण के पीछे, हम कई स्थिर दहन दालों के रूप में देखते हैं जो उपलब्ध प्रणोदक का उपभोग करना जारी रखते हैं। यह उच्च दबाव और तापमान पैदा करता है जो इंजन के पीछे से तेज गति से बाहर निकलता है, जो जोर पैदा कर सकता है।
इसके बाद, शोधकर्ताओं ने अपने प्रयोग के साथ जो कुछ देखा, उसकी नकल करने के लिए एक गणितीय मॉडल विकसित किया। यह मॉडल, अपनी तरह का पहला, टीम को पहली बार यह निर्धारित करने की अनुमति देता है कि क्या RDE स्थिर होगा। और जबकि यह मॉडल अभी तक अन्य इंजीनियरों के उपयोग के लिए तैयार नहीं है, यह अन्य अनुसंधान टीमों को यह आकलन करने की अनुमति दे सकता है कि आरडीई कितना विशिष्ट प्रदर्शन करेगा।
जैसा कि उल्लेख किया गया है, इंजन डिजाइन में एक नकारात्मक पहलू है, जो इसकी अप्रत्याशित प्रकृति है। एक तरफ, दहन-चालित झटके की प्रक्रिया स्वाभाविक रूप से दहन कक्ष द्वारा झटके के संपीड़न की ओर जाता है, जिसके परिणामस्वरूप जोर होता है। दूसरी ओर, एक बार शुरू होने के बाद, विस्फोट हिंसक और अनियंत्रित होते हैं - ऐसा कुछ जो रॉकेट के लिए पूरी तरह से अस्वीकार्य है।
लेकिन जैसा कि कोच ने बताया, यह शोध इस बात में सफल रहा कि उसने इस इंजन डिजाइन का परीक्षण किया और उसके व्यवहार को मात्रात्मक रूप से मापा। यह एक अच्छा पहला कदम है और RDE के वास्तविक विकास और प्राप्ति की दिशा में मार्ग प्रशस्त कर सकता है।
कोच ने कहा, "मेरा लक्ष्य केवल दालों के व्यवहार को फिर से देखना था - यह सुनिश्चित करने के लिए कि मॉडल आउटपुट हमारे प्रयोगात्मक परिणामों के समान है।" “मैंने प्रमुख भौतिकी की पहचान की है और वे कैसे परस्पर क्रिया करते हैं। अब मैं वही कर सकता हूं जो मैंने यहां किया है और इसे मात्रात्मक बनाया है। वहां से हम बेहतर इंजन बनाने के बारे में बात कर सकते हैं। ”
कोच और उनके सहयोगी के अनुसंधान को अमेरिकी वायु सेना के वैज्ञानिक अनुसंधान और नव अनुसंधान कार्यालय के कार्यालय द्वारा प्रदान की गई धनराशि के कारण संभव बनाया गया था। हालांकि यह कहना बहुत जल्द है, इस शोध के निहितार्थ दूरगामी हो सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप रॉकेट इंजन तैयार करने में आसान और अधिक लागत प्रभावी हैं। यह सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक है कि इंजन डिजाइन स्वयं सुरक्षित और विश्वसनीय हो।
