自從現代火箭技術的創始人羅伯特·戈達德在近一個世紀前將第一枚液體燃料火箭發射升空以來，世界各地的火箭科學家一直青睞液體燃料發動機，為從 V-2 導彈到土星五號登月助推器再到獵鷹 9 號運載火箭的所有飛行器提供動力。液體火箭發動機的工作原理是將燃料和氧化劑泵入燃燒室，在那裡它們混合並燃燒產生高溫廢氣，廢氣從噴嘴膨脹而出，推動火箭前進。
但這一切似乎即將改變。發射臺上出現了一種新型液體火箭，它絕對不像過去的火箭。它被稱為旋轉爆震發動機，或 RDE，而爆震正是它如此與眾不同的原因。標準液體火箭發動機中的燃料根本不會爆震；相反，它會發生爆燃——這是指點火前沿以亞音速傳播的技術術語，就像活塞發動機、渦輪發動機甚至蠟燭火焰一樣，爆震推進科學家道格·珀金斯說道，他自 20 世紀 90 年代以來一直在美國國家航空航天局格倫研究中心工作。相比之下，當燃料在 RDE 中點燃時，它與其說是“燃燒”，不如說是“爆炸”，透過超音速衝擊波的強烈壓縮和加熱，更徹底、幾乎瞬間地被消耗掉。簡單來說，他說，RDE 不是像現有動力裝置那樣燃燒燃料，而是爆炸燃料以產生更大的推力。因此，RDE 可以捕獲更多的推進劑能量，以驅動飛行器飛得更遠、更快，並攜帶更大的有效載荷。
普渡大學工程學教授、資深推進研究員史蒂夫·海斯特說：“功率密度——我們在一定體積內獲得的能量釋放量——比今天的裝置高出一個數量級。這令人興奮。”他開玩笑地說，RDE 內部發生的大約 1200 攝氏度的燃燒就像“地獄之火”，稱其為“消耗推進劑的最快方式”。
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珀金斯說，從燃燒的基本熱力學原理來看，理論爆震發動機的潛在優勢早已為人所知，但幾十年來，大多數推進專家都認為，控制發動機迴圈爆炸不穩定性的挑戰過於艱鉅，難以進行認真的技術開發。然而，今天，越來越多的航空航天工程師相信，RDE 火箭技術的曙光已經來臨。
海斯特說：“自液體火箭發動機的早期以來，火箭技術一直與燃燒不穩定性作鬥爭。對於 RDE，我們正在擁抱這種不穩定性。讓我們讓它變得不穩定，但讓我們嘗試控制它不穩定的方式。”
在執行過程中，每個 RDE 的核心都執行著一個不安分的火焰之環，爆震驅動的衝擊波以馬赫數 3 到馬赫數 6 的恆定速度，在環形燃燒室空腔周圍共振旋轉。膨脹的氣體像理髮店的螺旋柱一樣圍繞圓柱形燃燒室向外旋轉，提供穩定的推力。當泵透過環形空腔底部的孔噴射推進劑時，這種賽道式的迴圈就開始了，點火後，爆震波可以像火箭一樣衝出，直到燃料箱空空如也。令人驚訝的是，RDE 沒有移動部件。它不是高速燃料噴射器，而是超音速衝擊波的高壓在精確設計的電路中閃爍，自動關閉和開啟燃料埠，及時為緊隨其後的下一個火熱潮汐波提供燃料。
根據美國國家航空航天局的預測，RDE 飛行硬體——高效能、燃油效率高、結構緊湊、價格實惠的火箭發動機——很可能在 2030 年首次翱翔天空。隨著時間的推移，RDE 的應用範圍可能會從國防部的馬赫數 5 攻擊導彈和高超音速飛機，到美國國家航空航天局的第二級運載火箭、深空運輸器以及月球和火星著陸器，甚至可能應用於商業航空業的超音速運輸機。
難怪已經出現了重要的 RDE 發展。美國國家航空航天局燃燒裝置工程師托馬斯·蒂斯利說，去年，美國國家航空航天局、普渡大學和 In Space LLC 的工程師在美國國家航空航天局馬歇爾太空飛行中心對全尺寸 RDE 火箭進行了一系列地面測試，在冷卻系統的幫助下，產生了 5800 磅的推力，持續了 251 秒，蒂斯利領導著美國國家航空航天局的這項工作。作為參考，大多數 RDE 測試點火持續一到兩秒。
蒂斯利說，美國國家航空航天局正在將 RDE 火箭作為行星著陸器和星際飛船的動力裝置進行研究，它們的高效能和緊湊的尺寸可以提高設計效率，從而惠及其他任務領域。“對於典型的著陸器發動機，我們談論的是一個一英尺、一英尺半長的燃燒室，”他解釋說。“對於 RDE，這縮減到幾英寸。”
同樣在去年，世界上最大的噴氣發動機製造商之一通用電氣航空航天公司將超音速空氣送入一個亞比例實驗室裝置，該裝置將馬赫數 2.5 級的渦扇發動機與旋轉爆震使能的“雙模衝壓發動機”結合在一起，據信該發動機能夠達到馬赫數 5 的速度。RDE 將提供啟動飛行中衝壓發動機所需的馬赫數 3 的速度，渦輪機很難達到這樣的速度。通用電氣航空航天公司航空航天研究高階主管約瑟夫·文西奎拉告訴FlightGlobal，該發動機是“平臺無關的”，這意味著它有朝一日可以為導彈、飛機甚至飛往軌道的太空梭提供動力。
根據美國能源部的一項計劃，普渡大學和阿貢國家實驗室的研究人員開發了一種氫氣-空氣 RDE，該 RDE 具有創新的噴嘴導向葉片，用於燃氣輪機發電。他們的計劃要求今年用 RDE 對羅爾斯·羅伊斯渦輪機進行改造。
去年秋天，國防高階研究計劃局 (DARPA) 選擇了另一家大型航空航天集團 RTX 來開發下一代導彈 Gambit，RTX 的普惠軍事發動機部門正在開發為其提供動力的空呼吸 RDE 裝置。“RDE 是一項顛覆性的、改變遊戲規則的技術，”普惠軍事發動機公司總裁吉爾·阿爾貝泰利說，她是一位資深的航空航天工程師，擁有一支 50 人的團隊致力於該專案。“RDE 具有使其成為優秀導彈的屬性。它顯然有可能在緊湊、經濟高效的封裝中提供高效能、高效率、遠端推進。”
然而，儘管取得了如此多的最新進展，珀金斯強調，RDE 領域仍處於實驗階段：“任何燃燒都是一個不穩定的過程”，包括不穩定性、湍流和非線性行為，因此，更深入地瞭解在這種極端條件下普遍存在的潛在物理和化學力至關重要。除了“使燃料混合物恰到好處”之外，當前和期望的許多創新都歸結為更好地理解 RDE 燃燒器的化學動力學、流體動力學和熱聲學，據說 RDE 燃燒器在點火時像鈴鐺一樣發出響聲。例如，創新應該源於增強的雷射診斷和光學技術，以便在更小的尺度上繪製出複雜的流場，這些流場是在亞微米厚的超音速衝擊波前緣剪下穿過燃料混合物時形成的。透過實驗室燃燒室中防火石英觀察窗對速度、壓力、密度、溫度和化學物質進行如此精確的測量，可以提供驗證複雜計算機模擬所需的真實世界觀測結果，這些模擬有助於指導研究和開發。
名古屋大學推進研究員笠原次郎說，近年來，加速 RDE 進展的關鍵實驗性“構建和燃燒”系列測試和重新設計的其中一項發展是，更經濟實惠的超高速相機的出現，這些相機可以視覺化以百分之一微秒的速度發生的事件，笠原次郎領導的團隊首次在太空運行了 RDE。最近，美國國家航空航天局馬歇爾太空飛行中心開發出更堅固的耐熱金屬合金，並創新性地使用了雷射 3D 列印系統，這也透過使高效能測試硬體能夠以比以前的方法更快、更低的成本構建，從而幫助推動了進展。
普惠公司正在基於其與空軍研究實驗室的先鋒推進研究小組合作進行的二十年爆震發動機研究的基礎上，接近於開發出可現場使用的 RDE 火箭發動機。阿爾貝泰利說，原型 RDE 發動機的最新地面測試“看起來非常好”。“結果正在驗證我們的團隊在五年來的理論和對所需速度、流量和壓力的分析中開發的模型架構。”下一步是將發動機整合到飛行器機身中並開始地面測試。
儘管理論概念已經存在了近 90 年，但 RDE 仍處於早期階段。美國國家航空航天局的珀金斯說：“我們真的還不知道最佳化的 RDE 甚至會是什麼樣子。我可以用十個手指數出在這個領域擁有豐富專業知識的人。”儘管如此，日益增長的興奮正在刺激 RDE 初創公司的成立。史蒂夫·海斯特最近的普渡大學研究生之一亞歷克西斯·哈倫剛剛在 NSF 小型企業孵化器計劃的幫助下創立了一家 RDE 初創公司 Juno Propulsion。“我們剛剛僱用了我們的第一名員工，”她說。
與此同時，成立四年的休斯頓公司 Venus Aerospace 正在忙於測試產生 4000 磅及以上推力的 RDE 火箭，首席技術官兼聯合創始人安德魯·杜格比說。該公司 100 名員工的目標是駕駛一架由其 RDE 設計提供動力的馬赫數 5 無人機，為國防承包商提供高超音速飛行測試服務。Venus 的 RDE 火箭透過將外部空氣吸入燃燒室，同時在混合物中新增額外的燃料來增強其燃燒，從而產生一種增壓後燃器效應，從而充分提高速度以啟動衝壓發動機級。
1 月份，Venus 和美國國家航空航天局馬歇爾太空飛行中心宣佈，他們已合作開發了一種冷卻 RDE 火箭，該火箭採用該公司設計的噴射器，可進行四分鐘的熱火測試。杜格比說：“我們將用銅製造一個燃燒室設計，成本為 20,000 美元，可持續使用兩秒鐘。然後我們迭代、迭代、迭代。當我們找到我們喜歡的設計時，我們將使用美國國家航空航天局的耐火合金和整體冷卻通道對其進行 3D 列印，並在更高的推力和更長的持續時間內對其進行測試。”
隨著全球對 RDE 的興趣起飛，美國、日本、中國、歐洲和其他地區的航空航天工程實驗室組成了一個新興的國際研發社群，儘管其中包含大量的機密成分。無論如何，在 1 月份在佛羅里達州奧蘭多舉行的美國航空航天學會 SciTech 論壇上，共發表了近 80 篇關於爆震推進的研究論文。誰知道呢？也許火箭技術的下一個戈達德就在那裡。