All’ETH Zurigo un gruppo di studenti ha sviluppato e testato un motore a razzo a detonazione rotante, noto come RDRE, Rotating Detonation Rocket Engine. Il lavoro è stato condotto nell’ambito di ARIS – Academic Space Initiative Switzerland, l’iniziativa studentesca svizzera dedicata a progetti spaziali, missilistici, satellitari e robotici. Il team coinvolto nel progetto Pegasus è composto da studenti dei primi anni di ingegneria e discipline scientifiche, con attività svolte tra l’hangar ETH di Dübendorf, le strutture di test e il vicino aeroporto.
Il punto centrale non è soltanto avere costruito un piccolo motore sperimentale. Il progetto è interessante perché unisce propulsione avanzata, stampa 3D metallica, progettazione dell’iniettore, sicurezza di test e misurazioni ad alta frequenza. In altre parole, gli studenti non hanno lavorato su un semplice dimostratore da laboratorio, ma su un sistema completo: motore, banco prova, alimentazione, sensori, controlli, procedure e analisi dei dati.
Che cos’è un motore RDRE
Un motore RDRE usa una camera di combustione ad anello. Al suo interno, miscela di combustibile e ossidante viene innescata in modo da generare un’onda di detonazione supersonica che corre lungo la camera anulare. A differenza della combustione tradizionale, più continua e subsonica, la detonazione produce pressioni elevate e può sfruttare meglio l’energia del combustibile. ARIS descrive questa architettura come una soluzione capace, in linea teorica, di offrire maggiore efficienza, compattezza e rapporto spinta/peso più favorevole rispetto ad alcune configurazioni convenzionali.
Nel progetto Pegasus il motore usa propano come combustibile e ossigeno liquido come ossidante. L’iniettore, sviluppato dallo studente Mattia Röösli, ha il compito di introdurre e miscelare i due componenti nel modo corretto. È una parte critica: in un RDRE l’alimentazione deve essere rapida, controllata e resistente al ritorno delle onde di pressione verso le linee di alimentazione. ETH Zurigo spiega che la miscela deve essere gestita in meno di un millisecondo, evitando che la detonazione interferisca con i condotti.
Il ruolo della stampa 3D metallica
Il motore Pegasus è stato realizzato in rame e la stampa 3D è stata usata per ottenere geometrie difficili da produrre con lavorazioni tradizionali. ETH Zurigo indica che il componente in rame è compatto, con forma esagonale, installato su una piastra in acciaio insieme a tubazioni, sensori, cavi e serbatoi del banco prova.
La scelta del rame non è casuale. Nei motori a razzo il calore è uno dei problemi principali, e il rame viene impiegato spesso per la sua conducibilità termica. Nel caso degli RDRE, il problema è ancora più severo perché le onde di detonazione passano nella camera con frequenze molto elevate, generando carichi termici e meccanici intensi. ETH parla di onde che possono attraversare la camera ad anello fino a 20.000 volte al secondo.
La stampa 3D metallica consente inoltre di lavorare su condotti interni, forme integrate, camere compatte e varianti sperimentali senza dover ricorrere ogni volta a lunghi cicli di produzione convenzionale. Per un progetto universitario, questo aspetto è decisivo: ogni prototipo permette di scoprire problemi di miscelazione, raffreddamento, accensione o resistenza che non emergono del tutto nella sola simulazione.
Dal progetto Perseus al progetto Pegasus
Il lavoro di Pegasus si inserisce in una continuità tecnica con Perseus, un progetto precedente di ARIS dedicato agli RDRE. Nel caso Perseus, studenti di ETH Zurigo e della Eastern Switzerland University of Applied Sciences – OST hanno costruito e acceso un motore a detonazione rotante in meno di un anno, partendo da risorse limitate. Secondo Kistler, il progetto era nato con soli 1.000 franchi svizzeri di budget iniziale e senza riconoscimento accademico formale, prima di ottenere maggiore sostegno all’interno di ARIS.
Nel progetto Perseus la strumentazione di misura è stata fornita da Kistler, azienda svizzera specializzata in sensori e sistemi di acquisizione per grandezze dinamiche. I sensori di pressione 601CAA e il registratore transiente 2529A, sviluppato in collaborazione tra Elsys e Kistler, sono stati usati per rilevare i segnali ad alta frequenza della camera di combustione. Questa parte è fondamentale perché in un RDRE non basta vedere una fiamma: bisogna dimostrare che si sono formate onde di detonazione stabili e ripetibili.
Pegasus porta avanti questa esperienza con un obiettivo più ambizioso: sviluppare e testare un RDRE bi-liquido, attivamente raffreddato, capace di funzionare più a lungo. ARIS presenta Pegasus come un progetto ETH Focus Project costruito sul primo RDRE studentesco sviluppato dall’organizzazione, con l’obiettivo di arrivare a operazioni sostenute.
Obiettivo: più efficienza con la stessa quantità di combustibile
Secondo ETH Zurigo, il potenziale interesse degli RDRE deriva dalla possibilità di ottenere circa 10–20% di potenza in più a parità di combustibile, anche se la tecnologia resta lontana da una maturità commerciale diffusa. La ragione sta nella differenza tra combustione convenzionale e detonazione: nel secondo caso l’onda esplosiva comprime e brucia la miscela in modo molto rapido, generando condizioni termodinamiche favorevoli.
Per i razzi, anche un piccolo miglioramento dell’efficienza può avere conseguenze importanti. ETH ricorda che il combustibile può rappresentare l’80–90% del peso totale al lancio. Se un motore riesce a usare meglio l’energia disponibile, il veicolo può ridurre massa, aumentare carico utile o ottenere margini maggiori per determinate missioni.
Va però evitata una lettura troppo semplice. Un RDRE non è automaticamente pronto per sostituire i motori a razzo tradizionali. I problemi aperti riguardano materiali, raffreddamento, stabilità dell’onda, gestione dell’iniezione, vibrazioni, controllo del transitorio di accensione e durata. La stessa ETH sottolinea che le sollecitazioni sulle pareti della camera sono elevate, sia per la pressione sia per la temperatura.
Il test a Dübendorf
Il test descritto da ETH si è svolto all’aeroporto di Dübendorf, vicino all’hangar dove il team lavora. Il motore era montato su un banco prova mobile realizzato su carrello, con una struttura in profili di alluminio, serbatoi, tubazioni, sensori, cavi e sistemi di acquisizione dati. Durante la preparazione, l’ossigeno liquido è stato usato anche per pre-raffreddare il sistema.
L’obiettivo della prova era verificare la formazione di onde di detonazione stabili. Per farlo sono stati usati dati da sensori di pressione e riprese ad alta velocità. Il team aveva già eseguito una prima accensione senza ottenere la detonazione desiderata; la prova successiva ha quindi assunto un valore tecnico importante, perché doveva mostrare se la geometria dell’iniettore, le condizioni di alimentazione e il regime della camera fossero corretti.
Questa parte racconta bene il valore didattico del progetto. Prima dell’accensione servono test di flusso, prove di pressione, controlli di sicurezza, checklist, ruoli definiti e procedure per il personale. ETH sottolinea che il team ha lavorato per mesi anche sul piano di sicurezza. In un sistema con propano, ossigeno liquido, pressioni elevate e fiamme libere, la progettazione del motore è solo una parte del problema.
I partner industriali coinvolti
Oltre a ETH Zurigo e ARIS, diversi partner industriali hanno avuto un ruolo nel percorso. Kistler è legata alla parte di misura e acquisizione dati del progetto Perseus, mentre Pegasus ha beneficiato di una rete di aziende per produzione e materiali. VoxelMatters ha indicato che il motore Pegasus Gen1-C, raffreddato attivamente ad acqua, è stato stampato in 3D in una lega rame-nichel-silicio tramite una sponsorizzazione di Feramic AG. La post-lavorazione dell’iniettore è stata gestita da LEUKA GmbH, mentre Schmelzmetall ha fornito la polvere di rame.
Tra gli altri nomi citati figurano Looser, per i semilavorati in rame, PDZ, per lavorazioni convenzionali, ed eMDe Blechfabrik AG, per la realizzazione del banco prova. ARIS aveva già sviluppato la serie di motori HEPHAESTUS, una piattaforma bi-liquida a etanolo e ossigeno liquido, con il supporto di IRPD AG per componenti in Inconel 718 prodotti con tecnologia SLM.
Questi nomi sono importanti perché mostrano un aspetto spesso poco visibile della stampa 3D aerospaziale: il pezzo stampato non basta. Servono polveri qualificate, trattamenti, lavorazioni di finitura, supporto metrologico, banco prova, sensori e integrazione con sistemi tradizionali. La produzione additiva entra quindi in una catena tecnica più ampia, dove ogni passaggio incide sul risultato finale.
Il contesto internazionale degli RDRE
Gli RDRE sono studiati da università, agenzie spaziali, centri di ricerca e aziende aerospaziali. La NASA ha testato un RDRE stampato in 3D al Marshall Space Flight Center, arrivando a una prova di 251 secondi e oltre 5.800 libbre di spinta. L’agenzia statunitense considera questa architettura utile per studiare motori più leggeri e adatti a missioni come lander, stadi superiori e manovre nello spazio profondo.
Anche il Giappone ha lavorato sul tema. Un gruppo guidato da Nagoya University, in collaborazione con JAXA/ISAS, Keio University e Muroran Institute of Technology, ha dimostrato in volo un sistema con motore a detonazione, installato sul razzo sonda S-520-31 e lanciato dal centro spaziale di Uchinoura. In quel caso il sistema ha operato nello spazio per alcuni secondi, raccogliendo dati di pressione, temperatura, vibrazione e immagini.
Accanto agli enti pubblici ci sono anche aziende private. Nel settore sono citate realtà come Astrobotic, Venus Aerospace, RTX e altri gruppi impegnati a capire se la detonazione rotante possa passare da fenomeno sperimentale a tecnologia affidabile. Il punto aperto non è accendere un motore per pochi istanti, ma ottenere stabilità, durata, controllo termico e scalabilità.
Perché questo progetto conta per la stampa 3D
Per chi segue la manifattura additiva, il progetto Pegasus è interessante perché mostra uno dei campi in cui la stampa 3D metallica ha senso tecnico: componenti soggetti a forti vincoli geometrici, termici e fluidodinamici. Un iniettore RDRE deve gestire canali, fori, distribuzione dei flussi e resistenza alla pressione in uno spazio molto ridotto. La produzione additiva consente iterazioni più rapide e soluzioni integrate che sarebbero più complesse con fresatura, foratura e brasatura tradizionali.
La stampa 3D non elimina però la necessità di competenze classiche. I componenti devono essere progettati per il processo, prodotti con materiali adatti, controllati, post-lavorati e poi validati su banco prova. Nel caso di Pegasus, la parte più interessante è proprio l’integrazione tra additivo e ingegneria di sistema: il motore stampato è un nodo dentro un impianto completo, non un oggetto isolato.
Un progetto studentesco con ambizioni concrete
Pegasus non deve essere letto come un prodotto commerciale. È un progetto universitario avanzato, con obiettivi tecnici misurabili e un forte valore formativo. Gli studenti lavorano su progettazione, simulazione, raccolta fondi, scelta dei materiali, produzione, test, sicurezza e analisi dati. ETH colloca questi progetti nel quadro dei Focus Projects, attività che permettono agli studenti di sviluppare un prodotto completo in due semestri, passando dalla concezione alla realizzazione.
Il percorso ha anche una continuità: Perseus ha dato una prima base, Pegasus lavora su un sistema bi-liquido e raffreddato, mentre ARIS guarda a possibili sviluppi futuri come un dimostratore di volo. Kistler riferisce che, dopo il proof of concept di Perseus, l’obiettivo successivo indicato dal team era arrivare a un’accensione più lunga, circa otto secondi, con almeno 1 kN di spinta e un sistema dotato di raffreddamento ad acqua, sensori di pressione e sensori di temperatura.
Il lavoro degli studenti dell’ETH Zurigo e di ARIS mostra come la stampa 3D metallica stia entrando in aree della propulsione dove geometria, materiali e tempi di sviluppo sono determinanti. Un motore RDRE resta una tecnologia complessa, con ostacoli tecnici rilevanti prima di un impiego operativo. Ma il progetto Pegasus dimostra che un team universitario, con partner industriali mirati e accesso a strumenti di produzione avanzata, può lavorare su architetture che fino a pochi anni fa erano quasi esclusivamente dominio di agenzie spaziali e grandi centri di ricerca.
Per Stampare in 3D, il punto da osservare è questo: la produzione additiva non è solo un modo per alleggerire un componente. In progetti come Pegasus diventa uno strumento di sviluppo, sperimentazione e apprendimento, capace di collegare progettazione digitale, metallurgia, fluidodinamica, sensori e test reali. In un settore come quello spaziale, dove ogni grammo, ogni grado e ogni secondo di funzionamento contano, questa integrazione vale quanto il singolo pezzo stampato.
