Astrobotic, con sede en Pittsburgh, ha completado con éxito una serie de pruebas de fuego caliente de su prototipo de motor de cohete de detonación giratorio Chakram, lo que marca un hito clave para llevar la tecnología de propulsión experimental a la preparación para el vuelo.
Los motores de cohetes de detonación rotativa (RDRE) funcionan de manera diferente a los diseños convencionales. Los motores de cohetes típicos se basan en un proceso constante y controlado de ignición del propulsor químico dentro de una cámara de combustión. Los RDRE utilizan una onda de detonación circular continua que viaja alrededor de una cámara en forma de anillo, lo que produce mayor presión y eficiencia y da como resultado un mayor empuje con menos combustible. En teoría, eso puede mejorar la eficiencia entre un 10% y un 15%, al tiempo que reduce el tamaño y el peso del motor, ventajas que son especialmente importantes para las naves espaciales, donde es necesario tener en cuenta cada gramo de peso. Pero los beneficios han sido difíciles de materializar en la práctica.
Astrobotic, sin embargo, cree que las pruebas de su nuevo prototipo RDRE podrían ayudar a llevar finalmente este tipo de propulsión al espacio profundo, incluso alrededor de la Luna. “Chakram superó con creces nuestras expectativas”, dijo Bryant Avalos, investigador principal de Astrobotic para Chakram.
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“Demostraciones como esta muestran cómo la tecnología RDRE podría respaldar una amplia gama de misiones astrobóticas, desde la propulsión en futuros módulos de aterrizaje lunares hasta vehículos de transferencia orbital en el espacio, y otras capacidades que ayudarán a expandir las operaciones en todo el espacio cislunar”.
La campaña tuvo lugar en el Centro Marshall de Vuelos Espaciales (MSFC) de la NASA en Huntsville, Alabama, y utilizó dos prototipos de motor de cohete de detonación rotativa (RDRE) para quemaduras de larga duración que sugieren que el motor puede funcionar de forma continua, no sólo en ráfagas cortas de prueba de concepto.
Juntos, los dos motores Chakram acumularon más de 470 segundos de tiempo de encendido en múltiples encendidos y, en una prueba, ardieron continuamente durante 300 segundos. Astrobotic dice que la duración es probablemente el disparo sostenido más largo de un motor de detonación giratorio hasta la fecha, y el hardware no mostró signos visibles de daño posterior.
Ese tipo de rendimiento comienza a abordar una de las mayores cuestiones abiertas en torno a los RDRE: si el diseño del motor puede funcionar de forma suficientemente fiable para su uso en naves espaciales reales.
Durante las pruebas, cada Chakram RDRE produjo más de 4000 libras de empuje y alcanzó condiciones estables de “estado térmico estable”, según un comunicado de Astrobotic, indicativo de un funcionamiento nominal y sostenido del motor. Esa combinación de empuje, estabilidad y durabilidad marca un paso significativo más allá de las demostraciones anteriores del RDRE, que a menudo han tenido una duración limitada.
“La grabación de 300 segundos fue la guinda del pastel”, dijo Ávalos.
Chakram es una incorporación importante a la cartera de Astrobotic y la empresa está desarrollando Chakram teniendo en cuenta misiones futuras. Chakram podría eventualmente usarse en versiones posteriores de su módulo de aterrizaje lunar Griffin, así como en cohetes reutilizables planificados y un vehículo de transferencia orbital diseñado para operaciones cislunares, según el comunicado de Astrobotic.
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El trabajo en Chakram RDRE ha sido apoyado a través de contratos de Investigación de Innovación para Pequeñas Empresas (SBIR) de la NASA y un Acuerdo de Ley Espacial con MSFC. Parte de ese esfuerzo se ha centrado en el diseño de inyectores y la fabricación avanzada, incluida la “fabricación aditiva de metal de porosidad sintonizable”, una técnica de impresión 3D que tiene como objetivo mejorar la gestión térmica y la estabilidad de la combustión.
Se espera que los datos de esta campaña orienten las mejoras en la aceleración del motor, el enfriamiento regenerativo y la reducción de la masa total mientras Astrobotic trabaja para hacer la transición del motor de prueba a hardware listo para volar.
Controlar y mantener una onda de detonación estable durante largos períodos ha sido un desafío persistente, con muchas pruebas iniciales limitadas a ráfagas cortas o funcionamiento inestable, pero Astrobotic no es la primera empresa en asumir el desafío.
Venus Aerospace completó un vuelo de prueba RDRE el año pasado utilizando su propio diseño y marcó la primera prueba exitosa de un motor de este tipo en los EE. UU.