日本成功完成世界首次爆震發動機太空飛行試驗
日本成功完成世界首次爆震發動機太空飛行試驗
日本使用S-520-31探空火箭成功對爆震發動機進行空間示范試驗。
圖1. 探空火箭S-520-28JAXA空間科學研究所與東海國立高等學校、名古屋大學未來材料與系統研究所、名古屋大學工學研究生院、慶應義塾大學、室蘭工業大學（以下簡稱“室蘭工業大學”）的研究小組合作開發的爆震發動機系統-DES（以下簡稱“系統”）搭載在探空火箭S-520-31上，是世界上首次成功進行了空間飛行演示。
圖2. 爆震發動機系統-DES
該系統安裝在探空火箭S-52-31的任務部分，于2021年7月27日5時30分從日本宇宙航空研究開發集團的內之浦航天中心發射升空。第一級電機分離后，旋轉爆震發動機（工作6秒，推力500N）和脈沖爆震發動機（工作2秒×3次）在外層空間正常運轉。
圖3. 爆震發動機系統-DES (實圖）
系統運行期間圖像、壓力、溫度、振動、和姿態數據正常，并成功采集試驗數據。對于試驗數據，除了傳統的遙測數據采集外，還使用安裝在膠囊返回艙RATS上的小型存儲器獲得高清數據。RATS在爆震發動機試驗后被分離，從外層空間返回墜落海上，通過衛星通信獲取RATS傳輸的GPS數據，確定海上位置，并使用直升機進行采集。RATS中記錄的圖像信息等已獲取（圖），并通過獲取的數據確認爆震發動機運行正常。
圖4. 探空火箭S-520-31發射
旋轉爆震發動機通過產生高頻率（1至100 kHz）沿周向旋轉的一個或多個爆震波來大幅提高反應速度，從而極大減輕火箭發動機的重量，輕松產生推力，進而提高性能。此次航天飛行演示試驗的成功，極大地增加了爆震發動機應用于深空探測姿軌控、火箭一級和二級發動機等的可能性。未來，JAXA 計劃把爆震發動機技術應用到深空探測等任務中，這個計劃將有助于空間科學研究，使太空探索可以變得更快、更便捷，例如航天器系統的小型化、輕量化和星際航行。此外，本次太空演示實驗中使用的膠囊返回艙（RATS）能夠通過實現海上回收，充分證明了試驗數據及樣品回收的可行性。
圖5. 爆震發動機系統點火測試
負責這些試驗的探空火箭試驗組將繼續積極領導這具有挑戰性的試驗計劃，以支持新技術的演示，將為先進科學研究做出貢獻，并為未來科技發展奠定基礎。
該研究由2014年至2021年JAXA空間科學研究所空間工程委員會戰略發展研究（工程）、2015年至2017年NEDO能源與環境新技術領先計劃以及2019年至2023年日本科學促進協會的科學研究補助金支持下進行的。
圖6. 旋轉爆震發動機 (RDE) 在外太空工作時刻
屏幕左側的橢圓形發光部分是旋轉爆震發動機的環形燃燒室部分，推力約為500N。屏幕右側是從外太空拍攝的地球，該圖像數據是返回艙RATS 收集的。（來源：名古屋大學，日本宇宙航空研究開發機構）
來源：空天知識局