【太空科技】旋轉爆震引擎 RDRE

林彥興

NASA Marshall 前幾天上傳了他們第一個全尺寸「旋轉爆震引擎 RDRE」的測試影片。從 NASA 技術資料庫找到的文件看起來，這輪測試成功讓引擎在爆震模式下產出 1.8 噸推力長 15 秒。

旋轉爆震引擎是廣受矚目的先進火箭引擎技術之一，其核心原理是改變燃料和氧化劑在燃燒室中被點燃的方式，從而增加作功的效率以提升引擎性能。

傳統的化學火箭的推進劑在燃燒時，其反應面（reaction front，已燃燒和未燃燒推進劑的交界，我不知道一般怎麼翻譯）是以次音速前進的，這種燃燒模式稱為「爆燃 deflagration」。但在適當的條件下，反應面能夠以超音速前進並形成震波（shock），這種燃燒模式稱為「爆震 detonation」。雖然看似只有反應面前進的速度不同，但是從熱力學的角度來看，從爆燃切換到爆震其實差異巨大。因為這讓燃燒從等壓變成了等容過程，從而增加了整個循環在 PV 圖上的面積，讓引擎能夠在相同質量的反應物下作更多的功。粗略估計，RDRE 可以讓引擎的（能量）效率提升 25%，非常可觀。

在火箭引擎的領域，主流的設計是把引擎的燃燒室做成環形，讓震波在環中不斷旋轉、引燃注入的推進劑，從而讓爆震持續發生，因此稱為「旋轉爆震引擎」。但精確、穩定的控制震波與爆震極為困難，由爆震帶來的高溫壓環境對引擎的材料也提出更嚴苛的要求，因此 RDRE 目前離大規模商業應用仍十分遙遠。但如果成熟，它將能進一步讓化學引擎逼近它們的理論性能極限。

參考資料
。What Is A Rotating Detonation Engine - And Why Are They Better Than Regular Engines
。NASAs Succeeds in Testing of Advanced Rotating Detonation Rocket Engine for New US Space Flight Capability
。A Review Towards the Design Optimization of High Performance Additively Manufactured Rotating Detonation Rocket Engine Injectors
。New Developments in Combustion Technology Part II: Step change in efficiency
。WHAT IS A ROTATING DETONATION ENGINE AND WHAT COULD IT MEAN FOR AVIATION?
。How do I explain the difference between deflagration and detonation?
。What is the difference between combustion, deflagration, detonation, and explosion?
。A Case for Basic Rotating Detonation Engine Research