美國國家科學基金會（NSF）近日向萊希大學（Lehigh University）的一組工程師團隊撥款 200 萬美元（約 HK$ 1560 萬），以應對部署新型火箭引擎的一個重大挑戰。該大學於 9 月 23 日的新聞稿中表示，此項目名為「在引爆過程中茁壯成長——極端動態熱機械性能的材料」，將專注於開發一種旋轉引爆引擎（RDE）。這種推進系統承諾比傳統火箭或噴氣引擎提供更高的動力、更佳的燃料效率和更低的排放。
旋轉引爆引擎的工作原理是通過在環形或環狀腔室內持續生成一個旋轉的引爆波來產生推力。該引爆波以每秒數千米的超音速速度移動，釋放的能量遠超過當前引擎所用的慢速燃燒方式。透過利用這種快速移動的衝擊波，RDE 可以實現更高的推重比以及更緊湊的設計，使衛星能夠更經濟地送入精確軌道，並減少所需燃料。然而，旋轉引爆波所產生的極端溫度和壓力對現有引擎材料造成了毀滅性的影響，目前測試顯示金屬部件在僅幾個引擎循環後便會失效。若不開發能夠承受這些嚴苛條件的材料，RDE 將無法從實驗室原型轉向實際操作的發射系統。
負責該項目的萊希大學機械工程及力學副教授 Natasha Vermaak 表示，這是一個激動人心的機會，可以識別出突破性的材料能力，進而促進未來推進系統的發展。她強調，旋轉引爆引擎擁有變革性的性能，但必須解決材料挑戰。Vermaak 的團隊還包括來自卡內基梅隆大學（Carnegie Mellon University）的 Mohadeseh Taheri-Mousavi 及加州大學爾灣分校（University of California, Irvine）的多位研究人員。該小組還與美國空軍研究實驗室及產業合作夥伴合作，以加速其研究成果在航空航天應用中的轉化。
研究人員計劃採用綜合方法，結合實驗、計算機模擬及人工智能驅動的材料設計，開發高性能的銅基合金以用於 RDE 部件。他們將測試組成和微觀結構的變化如何影響在引擎的高頻、高幅度熱機械負載下的損壞和失效機制。項目的一個關鍵部分將是構建一個微型化的旋轉引爆引擎測試平台，這將是首個能在現實操作條件下快速篩選候選材料的設施。研究團隊計劃創建「區域圖」，以顯示不同合金在極端循環應力下的反應情況。這些信息將有助於設計各類推進和發電材料。
DMREF 項目是 NSF 對聯邦材料基因計劃的主要回應，該計劃旨在以傳統成本的一小部分，將新材料的發現、開發和部署速度提高兩倍。自 2012 年以來，DMREF 已經資助了多個跨學科項目，整合計算、數據科學和實驗，以應對主要的社會挑戰。透過克服材料障礙，這個由萊希大學主導的團隊希望將旋轉引爆引擎推向實際部署的邊緣。該技術有望降低發射成本、減少排放，並在快速增長的美國太空經濟中開創新機機會，這同樣是支撐 GPS 導航、天氣預報、快速包裹配送等服務的基礎設施。倘若成功，這項工作不僅將推進銅基合金的發展，還將為設計任何極端航空航天環境的結構合金提供可轉移的原則。此外，該撥款還包括針對本科及 K-12 學生的外展計劃，旨在培養未來高性能推進系統的工程師。
