Dall’ETH di Zurigo il primo motore a razzo a detonazione rotante stampato in 3D in rame

Gli studenti dell’iniziativa spaziale studentesca svizzera Aris dell’ETH di Zurigo hanno prodotto onde di detonazione stabili durante i test a terra di un Rotating Detonation Rocket Engine (RDRE), la cui camera di combustione e iniettore sono stati realizzati tramite manifattura additiva a metallo. Il test, condotto all’aeroporto di Dübendorf dai venti componenti del team Pegasus, ha generato tre onde di detonazione confermate al secondo tentativo di accensione.

La camera di combustione esagonale, le cui dimensioni sono all’incirca quelle di un piatto da portata, è stata stampata in rame, insieme a prototipi iterativi dell’iniettore. Pegasus ha dichiarato che il successo del test ha reso Aris il primo team studentesco al mondo ad accendere un RDRE a propellente liquido, con motori di questo tipo testati finora in circa una dozzina di paesi.

La manifattura additiva a metallo ha permesso un’iterazione rapida sull’iniettore

L’iniettore è stato sviluppato da Mattia Röösli, studente di ingegneria meccanica al terzo anno, nell’ambito del curriculum Focus Project dell’ETH di Zurigo. La stampa 3D a metallo ha permesso al team di passare rapidamente da schizzi e calcoli all’hardware fisico.
“La prima cosa che fai è disegnare schizzi e discuterli con il team. Gli altri ti fanno notare cose che non avevi ancora considerato. Poi continui a calcolare e a schizzare. Scomponi i grandi problemi in problemi più piccoli finché non diventano risolvibili”, ha dichiarato Röösli.
“Quando i primi prototipi sono sul tavolo, emergono nuove sfide.”

Obiettivi di prestazione e sfide dei materiali

Si prevede che gli RDRE offrano una potenza superiore del 10-20% rispetto ai motori a combustione convenzionali a parità di carburante, con onde di detonazione che circolano attraverso una camera anulare fino a 20.000 volte al secondo.

Le pressioni e le temperature che ne derivano mettono i materiali a dura prova, ma si tratta di condizioni che il rame stampato è particolarmente adatto ad affrontare grazie alla complessità geometrica altrimenti irraggiungibile con la produzione convenzionale. La NASA ha testato gli RDRE su banchi di prova a terra negli Stati Uniti, un istituto polacco ha sperimentato varianti a propellente liquido e il Giappone ha acceso un motore di questo tipo nello spazio.

Röösli ha sottolineato che lavorare alla frontiera della ricerca sugli RDRE è accessibile anche a livello universitario. “Non è necessario essere eccezionalmente talentuosi per sviluppare un motore a razzo dopo due anni di studio. Si procede passo dopo passo e ci si aiuta a vicenda.”