Rumuński ATD rozwija ponownie zapalany silnik rakietowy o ciągu 10 kN: testy zmiennego ciągu w centrum programu ESA dla przyszłych nośników
Rumuńska firma ATD Aerospace RS SRL rozwija silnik rakietowy o ciągu 10 kiloniutonów (10 kN), który można ponownie uruchamiać i którego ciąg można regulować w locie. To technologia coraz ważniejsza, ponieważ Europa, a także rynek globalny, zwracają się ku ponownemu wykorzystaniu stopni rakiet, bardziej złożonym misjom manewrowym w przestrzeni kosmicznej oraz pojazdom, które muszą niezawodnie działać po dłuższym magazynowaniu paliwa.
Rozwój opiera się na wcześniejszym silniku ATD o ciągu 1 kN, powstałym przy wsparciu Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA), a wcześniej firma rozwijała kilka mniejszych silników w zakresie od 0,5 do 1 kN. Taki „mały” ciąg w systemach kosmicznych często jest kluczowy: służy do kontroli orientacji, precyzyjnych manewrów, korekt orbity lub precyzyjnych faz lądowania, gdzie stabilność i powtarzalność są ważniejsze niż surowa moc.
W centrum nowego projektu jest większa skala – silnik, który w praktyce mógłby wypełnić niszę między napędami do korekt a napędami głównych stopni, zwłaszcza w scenariuszach, gdzie potrzebne są wielokrotne zapłony, precyzyjne „dozowanie” siły oraz niezawodne wyłączanie i ponowne uruchamianie w krótkich odstępach czasu.
Test z 2025 r.: chłodzenie wodą i cykle ciągu
Zgodnie z dostępnymi informacjami o projekcie, w 2025 r. w Rumunii przeprowadzono odpalenie prototypu w wariancie chłodzonym wodą. Podczas badań silnik pracował w trybie zmiennego ciągu: ze 100% ciągu nominalnego przechodził na 60% i wracał do 100%, co pozwoliło sprawdzić stabilność pracy w stanach przejściowych. Właśnie takie „przejścia” należą do najbardziej wrażliwych elementów, ponieważ wymagają precyzyjnego sterowania przepływem paliwa i utleniacza, kontroli ciśnienia oraz niezawodnego podtrzymania spalania bez niestabilności, które mogą prowadzić do zgaśnięcia lub szczytowych obciążeń termicznych.
W testowych odpaleniach użyto szeregu czujników, aby szczegółowo scharakteryzować silnik: od pomiarów ciśnienia i temperatury, przez przepływ i drgania, po parametry śledzące zachowanie płomienia i obciążenie cieplne krytycznych elementów. Taki zestaw danych zwykle jest kluczowy dla następnego kroku – przejścia z demonstracji do konfiguracji gotowej na dłuższe odpalenia i surowsze kryteria niezawodności.
Choć nagrania wideo z testowych odpaleń są często odbierane publicznie jako „fajerwerki”, inżynierski sens takich kampanii jest chłodny i bardzo konkretny: zebrane dane służą do weryfikacji modeli obliczeniowych, domknięcia niewiadomych w projekcie oraz zdefiniowania bezpiecznych granic pracy, zanim silnik wejdzie w bardziej wymagającą fazę rozwoju.
Dlaczego 10 kN to ważny próg
Ciąg 10 kN znajduje się w strefie, w której silnik można już rozpatrywać jako robocze „narzędzie” do operacji, które do niedawna były zarezerwowane dla większych systemów lub specjalnych koncepcji napędowych. Jeśli „odwrócić” silnik, taki ciąg na Ziemi może utrzymać w przybliżeniu masę około 1000 kilogramów – porównywalną z wagą typowego hipopotama nilowego. W zastosowaniu, do którego jest przeznaczony, taki silnik może służyć do wyhamowania zejścia stopnia rakiety i kontrolowanego, miękkiego przyziemienia, zwłaszcza w końcowej fazie, gdzie ważna jest precyzyjna regulacja prędkości i wysokości.
Dla ponownego użycia zmienny ciąg nie jest „luksusem”, lecz praktyczną koniecznością. Stopień wracający przez atmosferę przechodzi fazy, w których potrzebuje krótkiego, silnego impulsu, następnie dłuższego „utrzymania” mniejszego ciągu, a potem ponownego zwiększenia. W przestrzeni kosmicznej ta sama zasada umożliwia wyjątkowo precyzyjne manewry w pobliżu celu – na przykład podczas podejścia do modułu serwisowego, satelity lub platformy, na której trzeba wylądować bez gwałtownych szarpnięć.
W praktyce to właśnie zdolność kontrolowanego „zdławienia” ciągu (throttling) oraz ponownego zapłonu po wyłączeniu odróżnia demonstrator od silnika, który można zainstalować w scenariuszu lądowania lub w operacjach wymagających wielokrotnych korekt trajektorii.
Paliwa hipergolowe: pewny start, ale wymagająca logistyka
Silnik wykorzystuje paliwa hipergolowe – kombinacje paliwa i utleniacza, które zapalają się samoczynnie w momencie kontaktu, bez zewnętrznego systemu zapłonu. NASA w swoich materiałach o cieczach napędowych opisuje paliwa hipergolowe jako „samozapalne” przy kontakcie składników, co czyni je szczególnie odpowiednimi dla systemów wymagających niezawodnego startu „na żądanie”. Jednocześnie wiele systemów hipergolowych zalicza się do tzw. napędów „magazynowalnych” (storable): ciecze mogą być przechowywane w zbiornikach w warunkach otoczenia przez długi czas, co jest ważne dla pojazdów, które muszą być gotowe do odpalenia po miesiącach lub latach w kosmosie lub w przygotowaniu misji.
Jednak systemy hipergolowe mają też swoją cenę. Tradycyjne kombinacje, takie jak pochodne hydrazyny i czterotlenek diazotu, są znane z wysokiej toksyczności i złożonych protokołów bezpieczeństwa podczas obsługi, magazynowania i tankowania. Dlatego w programach europejskich coraz częściej bada się alternatywy o niższej toksyczności, ale technologia hipergolowa nadal pozostaje standardem w części operacji kosmicznych właśnie ze względu na niezawodność, prostotę ponownego zapłonu i sprawdzone zachowanie w szerokim zakresie warunków.
Dla silników celujących w wielokrotne zapłony podejście hipergolowe zmniejsza złożoność systemu zapłonu, ale zwiększa wymagania dotyczące bezpieczeństwa na Ziemi. To kompromis oceniany w zależności od przeznaczenia: to, co jest akceptowalne dla napędu działającego w późnej fazie misji lub na górnym stopniu, niekoniecznie jest tym samym dla napędu często tankowanego i opróżnianego lub planowanego do użycia w intensywniejszym cyklu operacyjnym.
Trzy projekty do autonomicznego systemu chłodzenia
Plan rozwoju przewiduje trzy wersje silnika. Pierwsza to demonstracja bez chłodzenia, która służy jako podstawowa weryfikacja koncepcji i geometrii, ale także jako poligon do rozwoju zaworów, wtryskiwaczy i kontroli ciągu. Druga to wersja chłodzona wodą – taka jak w teście – która umożliwia dłuższe odpalenia i bezpieczniejsze badanie zachowania przy zmianach ciągu, bez zbyt szybkiego przegrzewania komory i dyszy.
Trzeci krok to samodzielny, „zamknięty” silnik, który zintegruje własne chłodzenie, czyli przejdzie na chłodzenie regeneracyjne, w którym ciepło jest odprowadzane przepływem cieczy napędowej przez kanały w ściankach komory. Chłodzenie regeneracyjne w praktyce jest jednym z najtrudniejszych elementów projektu silników na paliwo ciekłe: wymaga precyzyjnego wykonania kanałów, starannego doboru materiałów, kontroli naprężeń termicznych oraz stabilnej hydrauliki we wszystkich trybach pracy.
Dlaczego ten krok jest kluczowy? Ponieważ chłodzenie regeneracyjne otwiera drzwi do „dłuższego oddechu” silnika: dłuższych odpaleń, większej liczby cykli, stabilniejszego obrazu termicznego i mniejszego ryzyka lokalnych przegrzań. W zastosowaniach praktycznych, zwłaszcza w silniku, który ma pracować w fazie lądowania, obciążenia cieplnego nie da się sprowadzić do krótkiego „błysku” – system musi wytrzymać pracę ciągłą i wiele zmian ciągu bez utraty niezawodności.
Jednocześnie przejście na autonomiczny system chłodzenia oznacza krok bliżej rzeczywistej integracji: silnik nie jest już „laboratoryjnym” zespołem zależnym od zewnętrznej infrastruktury, lecz staje się podsystemem, który można zintegrować z szerszym systemem stopnia rakiety, modułu lub demonstratora.
Szerszy kontekst: przygotowania ESA do nowej ery wynoszenia
Projekt wpisuje się w ESA Future Launchers Preparatory Programme (FLPP) – program, który, zgodnie z opisami ESA, pomaga europejskiemu przemysłowi rozwijać technologie, systemy i partnerstwa potrzebne dla modułowego, wielokrotnego użytku i komercyjnie zrównoważonego ekosystemu transportu kosmicznego. FLPP zajmuje się dokładnie tą fazą rozwoju, która jest dla przemysłu najbardziej ryzykowna: technologiami, które nie są jeszcze wystarczająco dojrzałe, aby bez dużego ryzyka integrować je z rakietami operacyjnymi, ale mogą przynieść duży skok w osiągach, kosztach lub elastyczności misji.
W tym sensie silniki zdolne do wielokrotnego zapłonu i o zmiennym ciągu mają podwójną wartość. Po pierwsze, umożliwiają nowe profile powrotu i lądowania, gdzie podczas powrotu trzeba zrealizować kilka faz pracy silnika – od wyhamowania po końcowy „miękki” kontakt. Po drugie, podobna technologia otwiera drzwi do manewrów w przestrzeni kosmicznej: od „holowników” przenoszących ładunek między orbitami, przez serwisowanie satelitów, po misje usuwania śmieci kosmicznych, gdzie precyzyjna i niezawodna praca napędu często jest ważniejsza niż maksymalny ciąg.
Dla europejskiego przemysłu to również kwestia konkurencyjności. W segmencie wielokrotnego użytku i szybkiego cyklu startów tempo innowacji często dyktują ci, którzy najszybciej przekuwają pomysły w zweryfikowane demonstratory. FLPP jest pomyślany właśnie jako mechanizm, który zmniejsza ryzyko technologiczne i przyspiesza przejście od koncepcji do przetestowanych, udokumentowanych wyników.
Co oznacza TRL 5 i dlaczego projekty często się na nim łamią
ESA w swoich wytycznych technicznych stosuje skalę Technology Readiness Levels (TRL) od 1 do 9 do oceny dojrzałości technologii. Na tej skali TRL 5 zazwyczaj oznacza walidację komponentu lub demonstratora w środowisku relewantnym – krok, w którym od laboratoryjnego potwierdzenia przechodzi się do testów bliższych realnym warunkom pracy. To poziom, na którym często ujawniają się „ukryte” słabości: rezerwy termiczne, tolerancje produkcyjne, zachowanie w stanach przejściowych, wrażliwość na drgania oraz granice sterowalności przy szybkich zmianach ciągu.
Zgodnie z dostępnymi informacjami o projekcie, ESA finansuje rozwój do udanego testu finalnego silnika z chłodzeniem regeneracyjnym, wraz z mniejszą demonstracją zapłonu, która powinna doprowadzić technologię do poziomu TRL 5. Taki cel oznacza, że od projektu oczekuje się czegoś więcej niż jednorazowego odpalenia: wymagana jest powtarzalność, kontrola, zrozumienie granic pracy i udokumentowane wyniki, które umożliwiają kolejny etap – integrację z szerszym systemem lub przejście do rozwoju większego demonstratora.
W technice rakietowej TRL 5 często jest progiem, na którym rozstrzyga się, czy projekt stanie się fundamentem nowej platformy, czy pozostanie „dowodem koncepcji”. Sukces na tym poziomie nie oznacza, że silnik jest gotowy do lotu, ale oznacza, że ryzyko znacząco maleje i można planować drogę do TRL 6 i dalej, gdzie pojawiają się demonstracje w jeszcze bardziej realistycznych warunkach.
Rumuńska nisza w europejskim łańcuchu dostaw
ATD Aerospace RS SRL działa jako mała i średnia firma specjalizująca się w rozwoju napędu i autopilotów, w tym sprzętu i oprogramowania, oraz – zgodnie z opisami w rumuńskim katalogu zdolności kosmicznych – brała udział w rozwoju silników rakietowych na paliwo stałe, silników ciekłych oraz wyspecjalizowanych pakietów naprowadzania dla wysokościowych bezzałogowych statków powietrznych i pokrewnych systemów. W europejskim przemyśle wynoszenia, w którym dominują duzi integratorzy, właśnie takie firmy często są źródłem wyspecjalizowanych rozwiązań: od zaworów i wtryskiwaczy po algorytmy sterowania i diagnostykę.
Dla krajów takich jak Rumunia to także strategiczna szansa. Udział w programach ESA może oznaczać widoczność, transfer wiedzy i wejście do projektów, które później przenikają na rynek – czy to poprzez współprace, czy poprzez kontrakty eksportowe na konkretne podsystemy. W praktyce wiele technologii kosmicznych nie rośnie „od razu”, lecz poprzez serię mniejszych dowodów: od silnika 1 kN, przez skok do 10 kN, po integrację z demonstratorem powrotu lub modułem napędowym przyszłego statku.
Dla europejskiego łańcucha dostaw oznacza to również dywersyfikację. Im więcej zdolnych dostawców i zespołów rozwojowych, tym większa odporność przemysłu na opóźnienia, a możliwości równoległego rozwoju – od „bardziej zielonych” paliw po nowe technologie chłodzenia – stają się bardziej realne.
Co dalej: od odpalenia prototypu do zastosowania operacyjnego
W rozwoju silników na paliwo ciekłe odstęp między udanym testem „hot-fire” a realnym zastosowaniem często jest najdłuższą i najdroższą częścią drogi. Trzeba powtarzać cykle, wydłużać czas odpaleń, poszerzać zakres pracy, dowodzić niezawodności ponownego zapłonu oraz pokazać, że silnik może znieść wariacje produkcyjne i realne warunki integracji. Dla silnika przeznaczonego do lądowań obejmuje to także testy dynamiki sterowania: jak szybko i stabilnie system może reagować na polecenie zmiany ciągu, jak zachowuje się w środowisku drgań oraz jak termicznie „uspokaja się” między cyklami.
Jeśli planowane przejście na chłodzenie regeneracyjne zakończy się sukcesem i jeśli wyniki potwierdzą, że silnik zachowuje stabilność w szerokim zakresie ciągu i w wielu cyklach zapłonu, taki system mógłby stać się jednym z „małych, ale kluczowych” elementów europejskiej układanki: technologią, której nie widać w spektakularnych startach, ale która decyduje o tym, czy stopień wróci bezpiecznie i czy misja będzie miała wystarczający margines manewrowy do precyzyjnego sterowania trajektorią i łagodnego zakończenia lotu.
Źródła:- Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) – oficjalny opis programu FLPP i celów rozwoju technologii dla przyszłego europejskiego transportu kosmicznego (link)
- Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) – przegląd działań „Future space transportation” i programów rozwoju nowych rozwiązań napędowych i systemowych (link)
- Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) – wyjaśnienie skali Technology Readiness Levels (TRL) i kryteriów oceny dojrzałości technologii (link)
- NASA Kennedy Space Center – przegląd paliw hipergolowych i ich podstawowych właściwości (link)
- Romanian Space Catalogue (Spring 2025) – opis firmy ATD Aerospace RS SRL i obszarów działalności w napędzie i naprowadzaniu (link)
- Kompass Rumunia – podstawowe dane o firmie ATD Aerospace RS SRL (siedziba i działalność badawczo-rozwojowa) (link)
Czas utworzenia: 3 godzin temu