Современные гиперзвуковые ракеты достигают максимальных скоростей лишь на этапе снижения, что для настоящей гиперзвуковой авиации и ракетной техники неприемлемо. Проблема тут в отсутствии подходящих двигателей, поскольку классические турбины для гиперзвуковых самолётов не годятся. Выход может быть в прямоточных реактивных двигателях в комбинации с эффектом ротационной детонации. В США представили такой и готовы испытать на беспилотнике в 2025 году.

Рендер самолёта на двигателях VDR2. Источник изображений: Venus Aerospace

Разработка инновационного двигателя проведена совместно компаниями Velontra и Venus Aerospace. Последняя работает с DARPA по программе создания ротационного детонационного двигателя для ракет и уже добилась определённых успехов. Например, ещё в феврале был испытан беспилотник с прототипом двигателя RDRE (rotating detonation rocket engine), а в марте стало известно о стендовых статических огневых испытаниях соответствующей силовой установки.

Вместе с Velontra специалисты Venus Aerospace создали прототип прямоточного воздушно-реактивного ротационного детонационного двигателя VDR2 с малым лобовым сопротивлением для гиперзвуковых самолётов. Запуск демонстратора с двигателем VDR2 запланирован на 2025 год. Проект был показан недавно на мероприятии Up.Summit в Бентонвилле, штат Арканзас. Заявлено о создании двигателем тяги 2000 фунтов (0,907 т).

Двигатель VDR2 в разрезе

На этапе разгона до гиперзвуковой скорости VDR2 работает как прямоточный реактивный двигатель. У него нет никаких подвижных частей, что делает конструкцию простой и недорогой в изготовлении и обслуживании. То же самое относится к ротационно-детонационной части двигателя. Она представлена двумя соосными цилиндрами один в другом. Топливо впрыскивается в простенок и поджигается. Возникает взрыв и ударная волна, движущаяся по простенку подобно торнадо. Такое решение повышает КПД — увеличивает плотность газов и фактически переводит в тягу больше энергии топлива. Подобные двигатели, помимо разгона до гиперзвуковых скоростей, обещают экономить до 15 % горючего.

Хотя принципиально VDR2 очень простой, сложной его частью является система регулирования подачи топлива. Подобные двигатели должны вывести авиацию и ракетостроение на новый уровень и разрабатываются также в России, Китае и в других развитых странах. На самолётах с такими двигателями, которые будут разгонять их до скоростей от 6 до 9 Маха, можно будет долететь в любую точку Земли всего за час.

Компания Venus Aerospace показала первый демонстрационный полёт беспилотника с ракетным ротационным детонационным двигателем (RDRE). Испытания прошли в феврале 2024 года. Ранее компания показала возможность длительной работы фирменного RDRE на стенде, что важно для создания гиперзвукового самолёта или космоплана.

Источник изображений: Venus Aerospace

Беспилотный аппарат в виде крылатой ракеты массой 140 кг и длиной 2,4 м был сброшен с самолёта на высоте 3700 м. На двигателе на перекиси водорода беспилотник развил скорость 0,9 Маха и пролетел 16,1 км. Сообщается, что двигатель работал на 80 % тяги, поэтому задача преодолеть отметку 1 Маха не ставилась. Разгон до скорости свыше 1 Маха будет осуществлён в последующие пуски с включением ракетного ротационного детонационного двигателя, который в этот раз просто присутствовал на борту беспилотника.

«Использование платформы воздушного запуска и конфигурации "крылатая ракета" позволяет нам дёшево и быстро провести минимальные испытания нашего RDRE в качестве гиперзвукового двигателя, — сказал технический директор и соучредитель компании Эндрю Дугглби (Andrew Duggleby). — Команда отработала профессионально и располагает огромным количеством данных для привязки и настройки [системы] для следующего полёта».

Ракетный ротационный детонационный двигатель имеет ряд преимущество перед традиционными двигателями на химическом топливе. Условно он представляет собой два помещённых друг в друга цилиндра. Топливо впрыскивается в простенок между ними и воспламеняется — это может быть как непрерывный режим горения, так и импульсный (в России с 2012 года разрабатывают импульсный RDRE). В простенке после воспламенения возникает «огненный торнадо» — ударный фронт взрывной волны, что за счёт ограниченного пространства создаёт больше направленной энергии. Также двигатель RDRE будет проще в обслуживании и сможет экономить до 15 % топлива.

Рендер будущего космоплана

В перспективе компания Venus Aerospace рассчитывает создать гиперзвуковой космоплан или самолёт, который сможет разгоняться до скорости 9 Маха и доставлять пассажиров в любую точку Земли всего за час или около того. Но это точно случится не завтра и не послезавтра. А пока можно посмотреть на видео, как летает макет беспилотника с перспективным пока двигателем.

Несмотря на широкое распространение и надёжность ракетных двигателей на жидком и твёрдом топливе, в будущее их не пригласят. Потенциальной заменой двигателям на химическом топливе могут стать ротационные детонационные ракетные двигатели (Rotating detonation rocket engine — RDRE). Они обещают оказаться на 15 % экономичнее и будут надёжнее в эксплуатации. Но к этому ещё нужно прийти, а пока что такие двигатели проходят испытания.

Источник изображений: Venus Aerospace

На днях Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) сняло гриф секретности с процедуры испытания ротационного детонационного двигателя для ракет компании Venus Aerospace. Это позволило компании представить видео испытаний двигательной установки, в ходе которого была сделана заявка на достижение значимой вехи в разработке революционного двигателя.

По словам компании, её специалистам удалось добиться длительной работы двигателя, что подойдёт как для оснащения гиперзвуковой ракеты, так и гиперзвукового самолёта. Ранее подобным достижением хвалилось NASA. Создаваемый агентством ротационный детонационный двигатель смог проработать 4 мин. Этого хватит, например, чтобы посадить спускаемый модуль на Луну. Двигатель Venus Aerospace создаётся с прицелом на длительные перелёты в пределах Земли и для выхода аппаратов на орбиту. В таких условиях RDRE должен работать намного дольше и теперь, после испытаний, можно с уверенностью двигаться к этой цели, заявили в компании.

Впрочем, подробностей нет. Вероятно это секретная информация. Компания Venus Aerospace проектирует гиперзвуковой самолёт и разработка надёжного двигателя нужна ей как воздух. Ротационный детонационный ракетный двигатель грубо можно представить как два соосных цилиндра один в другом. Топливо впрыскивается в простенок между ними и поджигается. Создаётся взрыв и вихреобразное распространение ударной волны, что существенно повышает тягу и экономит топливо.

Прорывом Venus Aerospace стала разработка системы охлаждения двигателя, которая позволяет ему особенно длительную работу. Но компания находится лишь в начале пути. И не факт, что она его пройдёт — он слишком сложен и малоизучен.