在不到一年的時間內，瑞士機械工程專業的學生團隊成功研制并點火測試了一臺旋轉爆震火箭發動機（RDRE）。奇石樂瞬態動力學測量技術精準捕捉到該發動機特有的爆震波信號，助力 ARIS Perseus項目攻克重重難關，取得重大突破。目前，團隊已啟動下一階段的研發規劃。

Thomas Ebn?ther, Noah Giger, Simi Wespi以及Perseus項目全體成員，共同完成了這段充滿挑戰的研發之路。這支由蘇黎世聯邦理工學院(ETH Zurich)與東瑞士應用科技大學(OST)學生組成的團隊，懷揣著打造一款革命性火箭發動機的理想而開啟征程。項目初期，他們便遭遇沉重打擊：2024 年春季，其重點項目立項申請因 “技術過于復雜、存在安全風險且成本高昂” 被駁回。但團隊并未輕言放棄，最終成功說服瑞士學術航天計劃（ARIS）將該項目納入專項課題。ARIS 為德語縮寫，全稱為 “瑞士學術航天計劃”，由蘇黎世聯邦理工學院于 2017 年發起，目前已匯聚 400 余名學生，致力于火箭制造、機器人技術及衛星技術等前沿領域的攻關項目。團隊研發成果涵蓋可用于海洋與氣候研究的無人水下航行器，甚至還有用于外星探測的設備。自 2021 年 10 月起，奇石樂以主要贊助商身份加入 ARIS 計劃，為團隊提供專業測量技術支持，助力 ARIS HELVETIA 火箭創下瑞士火箭飛行高度紀錄等多項成就。

ARIS Perseus項目成員Thomas Ebn?ther, Noah Giger 和 Simi Wespi（從左至右），在旋轉爆震火箭發動機移動測試拖車前合影。

未來火箭發動機的研發之路

ARIS Perseus項目得名于希臘神話中以堅韌著稱的英雄Perseus。作為專項課題，該項目啟動之初便面臨諸多不利條件：項目成果不計入學分（不授予歐洲ECTS學分），啟動資金僅 1000 瑞士法郎，且研發周期極為緊張。Perseus項目創始人兼項目經理Simi Wespi回憶道：“液體火箭發動機（LRE）移動測試拖車是開展試驗的核心設備，配備必需的技術裝置。但 2024 年 12 月的檔期早已被 ARIS 另一項目預定。” 

面對這一困境，項目團隊決定借鑒一篇美國科學家的論文成果 —— 該論文正是Thomas Ebn?ther為完成學士學位論文深入研究的文獻。Wespi表示：“這一技術路徑讓整個項目的研發邏輯變得清晰，也讓項目規劃具備可操作性。” 團隊設定的核心目標是：在資源極度有限的情況下，研制一臺旋轉爆震火箭發動機，并完成點火測試，直至發動機進入穩定運行狀態。Wespi自豪地表示：“幸運的是，我們很快找到了所需的贊助商。同時，我們逐步贏得 ARIS 內部的認可，通過不懈努力爭取到正式項目資質。”

測量技術決定成敗：即便是堅固耐用的奇石樂 601CAA 型壓力傳感器，在 ARIS Perseus團隊的旋轉爆震火箭發動機測試中，也曾數次逼近性能極限。

高靈敏度兼具高穩定性

奇石樂 601C 系列壓電式（PE）壓力傳感器可精準捕捉動態壓力脈動，即便遭遇熱沖擊，性能依舊穩定可靠。其核心優勢如下：

●響應時間短，固有頻率高

●測量范圍為1.5至250 bar（22至3,626 psi）

●工作溫度范圍：-196至350°C（-321至662°F）

●傳感器膜片經特殊優化，可耐受嚴苛的溫度沖擊

奇石樂該系列壓力傳感器擁有兩種輸出類型，分別為電荷輸出型（PE）和內置放大電路型（IEPE）。

奇石樂測量技術 —— 支撐概念驗證的核心要素

不過，距離目標的達成，仍有漫長的路要走。旋轉爆震火箭發動機被視作極具前景的技術方案，有望大幅提升發動機效率。但爆震波以超音速傳播的特性，使其燃燒過程的控制難度極大。ARIS Perseus發動機團隊成員Sebastian Nobs指出：“這一現象早在 20 世紀 60 年代‘土星五號’火箭的研制過程中便被發現。當時，研發人員的目標是通過結構設計抑制超音速爆震波，且這一目標最終得以實現。而在后續研究中，有人提出全新思路 —— 讓爆震波在環形腔室內循環傳播，從而利用其產生的高壓來提升發動機性能。”

創新火箭發動機結構示意圖：圖中展示了 ARIS Perseus團隊研發的旋轉爆震火箭發動機，包括環形燃燒室及燃料噴注口。

團隊以理論設計為基礎，打造出這臺火箭發動機。其核心結構為一個環形燃燒室，配備燃料與氧化劑噴注口。點火過程通過燃燒室頂部的預爆震裝置實現，Wespi解釋道：“發動機點火后，約 0.6 秒即可進入動態穩定運行狀態。因此，我們將點火時長設定為 1 秒，以便完整測量并記錄爆震波數據，從而完成概念驗證。” ARIS Perseus團隊采用奇石樂601CAA 型壓力傳感器進行爆震波測量。該傳感器固有頻率高達 215 kHz，能夠以 20kHz的采樣頻率，精準捕捉燃燒室內的高動態過程。在數據采集環節，還需搭配一款瞬態記錄儀，用于實現高頻信號的采集與記錄。本次測試選用的是由Elsys與奇石樂聯合研發的2529A 型瞬態記錄儀，該設備可以 500 kHz頻率采集電荷、電壓及 IEPE 的信號。

瞬態動力學信號采集：由奇石樂與Elsys聯合研發的 2529A 型瞬態記錄儀，用于采集旋轉爆震火箭發動機燃燒過程產生的高頻脈動壓力信號。

掌控瞬態動力學，實現超快速測量

奇石樂與Elsys聯合研發的 2529A 型瞬態記錄儀，可精準采集高頻信號，助力超快速測量場景。其核心特性如下：

●優越的帶寬和采樣率

●可靈活切換電荷、電壓及 IEPE 信號模式

●支持可擴展應用，含數據采集（DAQ）功能

●兼容奇石樂專用軟件，同時適配 LabVIEW、C++、C# 及 Python 編程環境

下方圖表通過奇石樂測量技術呈現了旋轉爆震火箭發動機在爆燃（壓力曲線無規律）與爆震（壓力曲線規律穩定）兩種狀態下的壓力變化特征。安裝在燃燒室 90° 夾角位置的兩支奇石樂壓力傳感器，成功捕捉到發動機點火 0.6 秒后穩定的爆震波形 —— 這標志著該項目驗證圓滿成功。ARIS Perseus項目數據采集與控制系統（DACS）負責人Nicolas Bartzsch表示：“奇石樂的測量設備運行穩定可靠，配套技術文檔詳盡完備。在我們遇到疑問或難題時，還能獲得專業團隊的一對一支持，這對項目推進幫助極大。項目過程中，我們面臨的一大挑戰是傳感器的熱防護：為避免火焰前鋒對傳感器造成的熱沖擊，我們采用隔圈與硅脂對壓力傳感器進行防護處理。”

爆燃與爆震對比圖：基于奇石樂測量技術生成的壓力變化曲線，清晰呈現兩種燃燒模式的差異，為 ARIS Perseus團隊旋轉爆震火箭發動機提供了關鍵的概念驗證依據。

使用下一階段目標：延長發動機點火時長，邁向實用化火箭發動機研制

這只是團隊需要克服的挑戰之一。隨著項目推進，團隊規模已從最初的 3 人擴大至 11 人。項目使用的移動測試拖車原本為液體燃料發動機設計，而 ARIS Perseus旋轉爆震火箭發動機采用的是氣態氧甲烷推進劑，因此必須對測試設備進行改裝。此外，安全方案的制定是項目成功的重中之重：只有通過周密的規劃、明確的職責劃分，以及嚴格遵守各項規范（包括燃氣流速限制、安全距離標準等），才能保障試驗的順利開展。Wespi強調：“如果沒有充足的人力投入，以及詳實的方案與技術支撐，項目寸步難行。最終，我們不僅獲準在杜本多夫軍用機場的蘇黎世聯邦理工學院機庫開展測試，還獲得了蘇黎世創新園公共試驗區的測試許可。”

項目的成功，證明了這群學生（部分成員甚至全職投入項目研發）的堅持與付出是值得的。目前，其后續項目 “Perseus” 已獲蘇黎世聯邦理工學院批準，新的研發團隊也已組建完成。下一階段，團隊計劃將推進劑更換為液態燃料，實現發動機 8 秒點火時長的目標，并確保推力達到至少 1kN。Wespi補充道：“這需要為發動機增設水冷系統，并加裝壓力與溫度傳感器。奇石樂測量技術給了我們非常好的使用體驗，我們也十分樂意繼續選用這一可靠的技術方案。”這款創新火箭發動機的實際應用已近在眼前。在 ARIS 另一項潛在項目 “Andromeda” 中，學生團隊計劃研制一臺由旋轉爆震火箭發動機驅動的火箭，目標飛行高度 3 千米 —— 這將為該學生團隊再添一項耀眼的世界紀錄。