Un team della NASA, con la collaborazione di IN Space LLC, ha costruito e testato il primo prototipo a dimensioni reali di un motore del tipo “Rotating Detonation Rocket Engine” (RDRE). Questa tipologia di motore di nuova generazione potrebbe alimentare le future missioni di esplorazione dello spazio profondo, dal momento che fornisce una spinta elevata con un’efficienza maggiore rispetto ai motori attuali.

Il prototipo è stato testato nel 2022 presso la East Test Area di Huntsville, al Marshall Space Flight Center della NASA, in Alabama. La maggior parte dei motori a razzo si basano sulla deflagrazione del propellente, un tipo di combustione rapida ma subsonica. I motori a detonazione, invece, sfruttano la detonazione del propellente, cioè una combustione a velocità supersoniche.

L’RDRE funziona sullo stesso principio del Pulse Detonation Engine (PDE), o motore ad onda di detonazione, ma con un’efficienza migliore. Ciò è dovuto al fatto che le onde di detonazione del combustibile non vengono espulse dalla camera dopo ogni “impulso” come nel PDE, ma vengono “riciclate”, circolando attorno ad un canale ad anello (combustion Chamber Annulus nell’immagine seguente).

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 sufficiente a sostenere le detonazioni della miscela iniettata successivamente. I prodotti della combustione si espandono fuori dal canale, espulsi dalla miscela in entrata, generando la spinta.

Questo tipo di motore, teoricamente, è più efficiente di circa il 25% rispetto ai motori tradizionali. Ciò comporta una maggiore spinta utilizzando meno propellente.

Il test della NASA

Durante il test del prototipo della NASA, il motore è stato acceso più volte, raggiungendo quasi i 10 minuti di accensione complessiva. 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’obbiettivo era dimostrare il funzionamento per lunghi periodi e in condizioni di calore e pressione estreme, causate dalle numerose detonazioni, del design e dei vari componenti.

Quest’ultimi sono stati realizzati tramite tecniche di produzione additiva (stampa 3D) all’avanguardia. Il principale materiale utilizzato per la produzione dei componenti è una lega di rame sviluppata dalla NASA, nota come GRCop-42, prodotta utilizzando la fusione in letto di polvere, dove una fonte di calore, ad esempio un laser, viene utilizzata per fondere le particelle di polvere del materiale strato per strato, formando un pezzo solido unico. Questa tecnica, utilizzata molto nell’industria aerospaziale, ha permesso ai vari componenti di resistere alle condizioni estreme senza alcun particolare problema.

Il futuro dell’RDRE

Il prossimo obbiettivo della NASA e di IN Space, dopo il successo di questo primo prototipo, è quello di realizzarne uno di maggiori dimensioni, completamente riutilizzabile, capace di raggiungere una spinta di circa 44,5 kN. In questo modo sarà possibile paragonare questa nuova tecnologia e le sue prestazioni con i tradizionali motori a razzo e capirne gli effettivi vantaggi.

Gli sviluppi futuri dei propulsori RDRE e della propulsione nucleare potrebbero rappresentare parte della tecnologia ideale per le prossime missioni con e senza equipaggio verso Luna, Marte e oltre.