DARPA e Venus Space avançam no desenvolvimento do seu Motor de Foguete de Detonação Rotativo (RDRE)

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Recentemente a impressa mundial tem publicado matérias (veja aqui, aqui e/ou aqui) sobre um projeto promissor e revolucionário conduzido pela Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa (DARPA) e a Venus Aerospace uniram forças para desenvolvimento de um Motor de Foguete de Detonação Rotativo (RDRE). Agora esse projeto alcança um novoe marco tecnológico com a realização dos primeiros testes de longa duração do seu RDRE, o qual promete transformar a forma como alcançamos o espaço, oferecendo uma alternativa revolucionária aos foguetes químicos convencionais.

Fonte: Venus Aerospace

Desde os primórdios da exploração espacial, os foguetes químicos têm sido a principal forma de propulsionar satélites, missões tripuladas e sondas robóticas para além da atmosfera terrestre. No entanto, apesar dos avanços ao longo de décadas, esses foguetes ainda operam próximos aos seus limites teóricos, impulsionando a busca por tecnologias mais eficientes e seguras.

Os RDREs surgem como uma resposta a esse desafio, apresentando uma forma inovadora de propulsão. Ao contrário dos motores convencionais, os RDREs utilizam explosões controladas em dois cilindros concêntricos, gerando uma onda de choque que resulta em maior pressão e calor. Essa abordagem pode aumentar a eficiência do motor em pelo menos 15%, oferecendo um potencial revolucionário para a exploração espacial.

A recente colaboração entre a Venus Aerospace e a NASA, com o teste de longa duração do RDRE, marca um avanço significativo nessa tecnologia. O teste, que alcançou quatro minutos de funcionamento, demonstrou a viabilidade do motor em condições de voo realistas, representando um feito notável em um campo onde a maioria dos testes dura apenas alguns segundos.

Além disso, a parceria entre a Venus Aerospace e a NASA promete impulsionar ainda mais a aplicação dos RDREs em futuras missões espaciais. Com sua capacidade de serem configurados para uma variedade de veículos hipersônicos e sua eficiência operacional, esses motores representam um salto significativo na exploração espacial.

Sobre os motores baseados em detonação 

As configurações de motores baseados em detonação, como os RDREs, oferecem vantagens únicas. Enquanto os motores de detonação pulsada (PDE) geram empuxo de forma intermitente, os motores de detonação contínua (CDWE) como os RDREs produzem empuxo de maneira constante. Essa continuidade na geração de empuxo torna os RDREs especialmente adequados para aplicações espaciais que exigem propulsão contínua e eficiente.

Os motores baseados em detonação podem ser classificados em dois grupos: pulsados ou intermitentes e contínuos:

Motores de Detonação Pulsados ou intermitentes

Motores de Detonação Pulsada (PDE): Este tipo de motor gera impulso de forma intermitente, detonando ciclicamente uma mistura de combustível com ar para gerar empuxo. O ciclo começa com a injeção de uma mistura de combustível-ar, que, ao percorrer uma certa distância dentro do tubo, inicia a detonação. A onda de detonação viaja em direção ao escapamento a uma velocidade específica, queima a mistura restante e é seguida por um fluxo de purga para expelir os produtos de combustão quentes, reiniciando então um novo ciclo.

Motores de Detonação Continua

Motores de Onda de Detonação Oblíqua (ODWE): Estes motores posicionam ondas de detonação oblíquas para queimar continuamente a mistura de combustível injetada. A onda de detonação oblíqua é formada pela injeção contínua da mistura gasosa combustível a uma taxa que iguala ou excede a velocidade de detonação de Chapman-Jouguet (CJ).

Motores de Detonação Rotativa (RDE): Estes motores consistem em uma câmara cilíndrica onde uma onda de detonação transversal próxima ao plano de entrada queima a mistura fresca injetada axialmente. A mistura fresca é continuamente injetada ao longo da direção axial, criando uma zona triangular de reabastecimento. Ao mesmo tempo, as frentes de detonação transversais movem-se em uma direção no sentido horário com uma onda de choque oblíqua ancorada em um ponto triplo.

Os motores de detonação rotativa oferecem vantagens comparativas em relação aos motores de detonação pulsada em termos de frequência de detonação, já que os RDREs oferecem uma frequência de detonação muito mais alta, entre 1 e 10 kHz, em comparação com os PDEs, que operam a menos de 200 Hz. Além disso, os RDREs não requerem um dispositivo de detonação aprimorada (DDT) nem fluxo de purga, tornando-os mais eficientes em termos de consumo de combustível e operação.

No entanto, nem tudo é só flores, pois, devido à constante presença da onda de detonação, que opera em frequências muito altas, esses motores exigem estratégias de resfriamento únicas devido ao aumento considerável na carga térmica.

Tabela. Comparação entre os Motores de Detonação Pulsada (PDE) e os Motores de Detonação Rotativa (RDE) (Fonte: https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/rotating-detonation-engine) 

	Motor de Detonação Pulsada	Motor de Detonação Rotativa
Frequência	< 200 Hz	1–10 kHz
Dispositivo DDT	Necessário	Não necessário
Purga	Necessária	Não necessária
Ignição	A cada pulso	Uma vez no início
Instabilidade	Alta	Reduzida
Vibração	Sim	Reduzida
Aquecimento	Alto	Muito alto
Oxidante/Combustível	Ar-Oxigênio/Gás-líquido	Ar-Oxigênio/Gás-líquido

Uma solução promissora

Em resumo, os RDREs representam uma nova fronteira na exploração espacial, oferecendo uma forma mais eficiente e contínua de propulsão que pode impulsionar a humanidade em direção a novos horizontes no cosmos. Com sua capacidade de transformar a maneira como nos aventuramos no espaço, esses motores têm o potencial de abrir caminho para uma era emocionante de descobertas e exploração além da Terra.

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