瑞士 ARIS Perseus团队依托奇石乐测量技术，实现旋转爆震火箭发动机概念验证

ARIS Perseus项目得名于希腊神话中以坚韧著称的英雄Perseus。作为专项课题，该项目启动之初便面临诸多不利条件：项目成果不计入学分（不授予欧洲学分转换系统学分），启动资金仅 1000 瑞士法郎，且研发周期极为紧张。Perseus项目创始人兼项目经理Simi Wespi回忆道：“液体火箭发动机（LRE）移动测试拖车是开展试验的核心设备，该设备配备全套必需的技术装置，但 2024 年 12 月的档期早已被 ARIS 另一项目预定。” 

面对这一困境，项目团队决定借鉴一篇美国科学家的论文成果 —— 该论文正是Thomas Ebnöther为完成学士学位论文深入研究的文献。Wespi表示：“这一技术路径让整个项目的研发逻辑变得清晰，也让项目规划具备可操作性。” 团队设定的核心目标是：在资源极度有限的条件下，研制一台旋转爆震火箭发动机，并完成点火测试，直至发动机进入稳定运行状态。Wespi自豪地表示：“幸运的是，我们很快找到了所需的赞助商。同时，我们逐步赢得 ARIS 内部的认可，通过不懈努力争取到正式项目资质。”

奇石乐测量技术 —— 支撑概念验证的关键核心

不过，距离目标的达成，仍有漫长的路要走。旋转爆震火箭发动机被视作极具前景的技术方案，有望大幅提升发动机效率，但爆震波以超音速传播的特性，使其燃烧过程的控制难度极大。ARIS Perseus发动机团队成员Sebastian Nobs指出：“这一现象早在 20 世纪 60 年代‘土星五号’火箭的研制过程中便被发现。当时，研发人员的目标是通过结构设计抑制超音速爆震波，且这一目标最终得以实现。而在后续研究中，有人提出全新思路 —— 让爆震波在环形腔室内循环传播，从而利用其产生的高压来提升发动机性能。”

团队以理论设计为基础，打造出这台火箭发动机。其核心结构为一个环形燃烧室，配备燃料与氧化剂喷注口。点火过程通过燃烧室顶部的预爆震装置实现，Wespi解释道：“发动机点火后，约 0.6 秒即可进入动态稳定运行状态。因此，我们将点火时长设定为 1 秒，以便完整测量并记录爆震波数据，从而完成概念验证。” ARIS Perseus团队采用奇石乐601CAA 型压力传感器进行爆震波测量。该传感器固有频率高达 215 kHz，能够以 20kHz的采样频率，精准捕捉燃烧室内的高动态过程。在数据采集环节，还需搭配一款瞬态记录仪，用于实现高频信号的采集与记录。本次测试选用的是由Elsys与奇石乐联合研发的2529A 型瞬态记录仪，该设备可以 500 kHz频率采集电荷、电压及 IEPE 的信号。 

下方图表通过奇石乐测量技术呈现了旋转爆震火箭发动机在爆燃（压力曲线无规律）与爆震（压力曲线规律稳定）两种状态下的压力变化特征。安装在燃烧室 90° 夹角位置的两支奇石乐压力传感器，成功捕捉到发动机点火 0.6 秒后稳定的爆震波形 —— 这标志着该项目验证圆满成功。ARIS Perseus项目数据采集与控制系统（DACS）负责人Nicolas Bartzsch表示：“奇石乐的测量设备运行稳定可靠，配套技术文档详尽完备。在我们遇到疑问或难题时，还能获得专业团队的一对一支持，这对项目推进帮助极大。项目过程中，我们面临的一大挑战是传感器的热防护：为避免火焰前锋对传感器造成的热冲击，我们采用隔圈与硅脂对压力传感器进行防护处理。”

使用下一阶段目标：延长发动机点火时长，迈向实用化火箭发动机研制

这只是团队需要攻克的挑战之一。随着项目推进，团队规模已从最初的 3 人扩充至 11 人。项目使用的移动测试拖车原本为液体燃料发动机设计，而 ARIS Perseus旋转爆震火箭发动机采用的是气态氧甲烷推进剂，因此必须对测试设备进行改装。此外，安全方案的制定是项目成功的重中之重：只有通过周密的规划、明确的职责划分，以及严格遵守各项规范（包括燃气流速限制、安全距离标准等），才能保障试验的顺利开展。Wespi强调：“如果没有充足的人力投入，以及详实的方案与技术支撑，项目寸步难行。最终，我们不仅获准在杜本多夫军用机场的苏黎世联邦理工学院机库开展测试，还获得了苏黎世创新园公共试验区的测试许可。”

项目的圆满成功，印证了这群学生（部分成员甚至全职投入项目研发）的坚持与付出是值得的。目前，其后续项目 “Perseus” 已获苏黎世联邦理工学院立项，新的研发团队也已组建完成。下一阶段，团队计划将推进剂更换为液态燃料，实现发动机 8 秒点火时长的目标，并确保推力达到至少 1kN。Wespi补充道：“这需要为发动机增设水冷系统，并加装压力与温度传感器。我们在奇石乐测量技术的应用中积累了丰富经验，也十分乐意继续选用这一可靠的技术方案。”这款创新火箭发动机的实用化已近在眼前。在 ARIS 另一项潜在项目 “Andromeda” 中，学生团队计划研制一台由旋转爆震火箭发动机驱动的火箭，目标飞行高度 3 千米 —— 这将为学生团队再添一项耀眼的世界纪录。 one more spectacular world record for a student team!