Europska svemirska zajednica sve ambicioznije ulazi u eru kompozitnih konstrukcija, a jedan od najintrigantnijih projekata u tom smjeru jest Phoebus – razvojna inicijativa čiji je cilj dokazati da se klasični metalni spremnici kriogenih goriva na gornjem stupnju rakete Ariane 6 mogu zamijeniti lakšim, učinkovitijim i sigurnim spremnicima od polimera ojačanih ugljičnim vlaknima (CFRP). U središtu aktualne faze rada nalazi se spremnik za tekući vodik (LH2), iznimno zahtjevan jer traži ultra-nisku temperaturu od −253 °C i apsolutnu zrakotijesnost. Za industrijski konzorcij koji predvode ArianeGroup i MT Aerospace riječ je o tehnološkom iskoraku koji bi budućim europskim lansiranjima mogao donijeti značajnu uštedu mase i dodatnu fleksibilnost pri planiranju misija.
Zašto mijenjati metal kompozitom: logika lakšeg gornjeg stupnja
Klasični aluminijski ili metalni spremnici imaju dugu baštinu pouzdanosti, ali skupo „plaćaju” cijenom mase. Svaki kilogram manje u strukturi gornjeg stupnja pretvara se u kilograme dodatnog korisnog tereta ili u sposobnost izvođenja energičnijih manevara u orbiti. Kompozitni materijali – u ovom slučaju laminati s ugljičnim vlaknima – omogućuju visoku čvrstoću uz bitno manju masu, a pritom se mogu projektirati tako da otpornost i elastičnost budu „ugrađene” točno tamo gdje je opterećenje najveće. U kontekstu gornjeg stupnja Arianea 6 to znači potencijalno višestruke dobitke: povećanu nosivost, veći operativni „delta-v” i smanjenje troškova misija zbog učinkovitijeg iskorištenja goriva.
Hladnoća koja mijenja pravila igre: što tekući vodik traži od spremnika
Vodik je najmanja i najpokretljivija molekula u prirodi. Da bi bio u tekućem stanju, mora se rashladiti na −253 °C, tek dvadesetak stupnjeva iznad apsolutne nule. Na tim temperaturama mnogi materijali gube žilavost, postaju krhki i osjetljivi na mikropukotine. U svijetu kompozita to je posebno izazovno jer se matrica (polimer) i vlakna (ugljik) „ponašaju” različito pri stezanju i širenju zbog toplinskog gradijenta. Svako sučelje između slojeva CT-laminata mora ostati stabilno, a sustav smije propustiti tek zanemarive, praktično nemjerljive količine plina – u protivnom je riječ o propuštanju koje je nedopustivo za svemirski sustav. Dodatna specifičnost vodika je njegova sklonost difuziji kroz mikroskopske defekte, pa je zrakotijesnost ključna poput čvrstoće.
Od „boce” od 60 l do spremnika promjera 2 m: kako raste Phoebus
Inženjerska filozofija konzorcija jest ići korak po korak. Prvi dokaz izvedivosti postignut je s demonstratorima volumena oko 60 litara: mali „bottle” spremnici pokazali su da kompozitna struktura može zadržati tekući vodik bez mjerljivog curenja i bez degradacije koja bi kompromitirala sigurnost. Nakon tih uspješnih proba logično je uslijedilo povećanje razmjera – prema spremniku promjera oko 2 metra i zapremnine blizu 2600 litara, koji je po geometriji i opterećenjima bliži stvarnim potrebama gornjeg stupnja. Time se prelazi iz laboratorijske i prototipske domene u industrijski relevantan režim ispitivanja, gdje tehnologija mora pokazati da je robusna za višecikličke hladno-toplo i tlak-dekompresija procese.
Rujan–prosinac 2025.: ključni mjeseci u proizvodnji velikog LH2 spremnika
Inner liner i osnovno tlačno tijelo novog spremnika izrađuju se u pogonima MT Aerospacea u Augsburgu, gdje je u rujnu 2025. zaključen niz inicijalnih proizvodnih koraka, uključujući pripremu jezgre i polaganje prvih slojeva laminata. Planirano dovršenje proizvodnje je u prosincu 2025., nakon čega slijedi integracija senzora i izrada prateće ispitne opreme. U tzv. „near-net-shape” pristupu proizvodnje kompozit se polaže precizno po projektiranim putanjama vlakana (fiber placement) kako bi se maksimalno iskoristila anizotropna čvrstoća materijala. Time se postižu tanki, a izrazito čvrsti zidovi spremnika koji moraju izdržati tlakovne cikluse i kriogeni šok.
Gdje će se testirati i zašto baš tamo
ArianeGroup preuzima odgovornost za ispitivanja u specijaliziranom postrojenju u Trauenu u Donjoj Saskoj. Riječ je o lokaciji koja već ima dugu tradiciju rada s kriogenim tekućinama i visoko-rizičnim ispitnim procedurama. Vodik, iako pothlađen, i dalje je zapaljiv u širokom rasponu koncentracija u zraku, zbog čega su protokoli sigurnosti – od ventilacije i detekcije do kontroliranog odzračivanja i vatrobrojnih zona – beskompromisno strogi. Radovi na novom ispitnom mjestu krenuli su u veljači 2025., preliminarni nacrt potvrđen je u lipnju, a kritički pregled projekta do kraja 2025. trebao bi otvoriti put građevinskim zahvatima i završnoj integraciji opreme.
Proljetna kampanja 2026.: hladno, pod tlakom, do ruba loma
Testna kampanja planirana je za travanj 2026., s jasnom filozofijom „povećavaj opterećenje u kontroliranim koracima”. Spremnik će se puniti tekućim vodikom, hladiti na radnu temperaturu i tlačiti do definiranih međutočaka, a nakon svakog opterećenja slijedi pauza za prikupljanje i dubinsku analizu podataka. Krajnji cilj je identificirati pragove ponašanja – od prvih mikro-nepravilnosti do pojava koje signaliziraju približavanje graničnim stanjima. Test će se zaustaviti prije potpunog loma, ali dovoljno blizu kako bi modelari i strukturalni analitičari mogli validirati numeričke simulacije koje predviđaju gdje i zašto nastaju prvi „klice” pukotina.
Instrumentacija: kako „slušati” spremnik dok diše
U sve faze ispitivanja integriran je gust sklop senzora. Na kožu spremnika lijepi se mreža preciznih tenzometara za mjerenje lokalnih deformacija u vlaknima i matrici, dok unutarnji raspored uključuje kriogene termoparove i senzore tlaka visoke osjetljivosti. Posebno dizajnirani sustavi za detekciju curenja – prilagođeni temperaturama bliskim apsolutnoj nuli – mjere iznimno male protoke vodika, usporedive s „molekularnom maglom”. Višekanalni sustav prikupljanja podataka radi s visokom frekvencijom uzorkovanja kako bi se uočili transijenti tijekom punjenja i pražnjenja, a podaci se sinkroniziraju s vanjskim uvjetima i sekvencama ventila.
Od mjerenja do modela: digitalni blizanci za kompozitne kriotankove
Digitalni blizanac spremnika – numerički model koji se neprestano „hrani” podacima iz testova – ključan je alat za ubrzanje razvoja. Validacija modela omogućuje pouzdanije procjene životnog vijeka i ponašanja u nenominalnim situacijama (nagli termički skok, parcijalno punjenje, dinamičko opterećenje pri letu). Budući da je kompozit anizotropan, a vodik iznimno difuzivan, predikcija prvih mikro-defekata ovisi o kombinaciji mehanike loma u kompozitima i termodinamičkih modela propusnosti. S korektno skalibriranim modelom, svaka sljedeća iteracija konstrukcije može se raditi brže i s manjim brojem fizičkih prototipova.
Uloga programa FLPP i pogled prema ICARUS-u
Phoebus je dio ESA-ina programa Future Launchers Preparatory Programme (FLPP), čija je misija smanjiti tehnološki rizik i pripremiti industrijsku bazu za sljedeću generaciju europskih nosivih raketa. U tom se kontekstu spominje i koncept naziva ICARUS (Innovative Carbon Ariane Upper Stage) – vizija „crnog”, kompozitnog gornjeg stupnja, gdje bi spremnici, unutarnje strukture i toplinska izolacija činili koherentnu cjelinu. Učinak na performanse bio bi višestruk: od rasterećenja suhe mase do lakšeg postizanja višestrukih paljenja motora, preciznih injekcija u ciljanu orbitu i mogućnosti složenih misijskih profila.
Tehnološke granice: linerless ili s oblogom, kompatibilnost s LOX-om i vodikom
Dok Phoebus u aktualnoj fazi fokus stavlja na vodik, paralelno se razvijaju i rješenja za tekući kisik (LOX), koji se skladišti na oko −180 °C i kemijski je reaktivan te može biti korozivan prema određenim polimerima. Dilema „linerless” (bez unutarnje obloge) naspram „s linerom” (npr. tanki polimerni ili metalni film) nije samo pitanje mase, nego i dugoročne pouzdanosti: obloge mogu smanjiti propusnost i zaštititi matricu, ali uvode dodatna sučelja i potencijalne izvore naprezanja. Linerless pristup smanjuje kompleksnost i masu, no postavlja strože zahtjeve pred kemijsku i kriogenu otpornost same matrice i premaza koji zapečaćuju mikropore.
Što znači „bez curenja” u svijetu tekućeg vodika
Za razliku od tekućeg metana ili kerozina, gdje su standardi curenja relativno tolerantniji, vodik zahtijeva gotovo idealnu zrakotijesnost. U praksi to znači da mjerne metode trebaju detektirati protoke reda veličine koji su tek iznad fizičke pozadine. Klasični instrumenti za ispitivanje ne mogu jednostavno „sići” do −253 °C bez degradacije osjetljivosti, zbog čega su razvijene posebno kalibrirane sonde, kriogeni vodovi i postupci koji omogućuju stabilno, ponovljivo mjerenje. Takav metrologijski iskorak nije sporedan, nego strukturni dio projekta: bez vjerodostojnog mjerenja ne može se dokazati ni zrakotijesnost ni dugotrajna funkcionalnost.
Sigurnost iznad svega: protokoli rukovanja vodikom
Spremnici se testiraju uz stroge procedure: višestruke razine ventilacije, detekciju plina s redundancijom, inertizaciju okoline gdje je potrebno, te definiran raspored „odzračivanja” kako bi se spriječilo nakupljanje smjese s kisikom. Sustavi uzemljenja i kontrola statičkog elektriciteta standard su pri svakom priključenju i odspajanju kriogenih linija. Osoblje prolazi specijalizirane obuke, a scenariji izvanrednih stanja (od gubitka napajanja do iznenadne promjene tlaka) razrađeni su u detaljima, s jasno definiranim granama odluka.
Industrijska mreža i mjesta izvrsnosti
Tehnologija kriogenih sustava u Europi oslanja se na niz specijaliziranih lokacija i kompetencija: od pogona za projektiranje i ispitivanja u Francuskoj, preko njemačkih centara u Bremenu, Ottobrunnu i Trauenu, do proizvodnih pogona u Augsburgu. Ta mreža omogućuje da se razvojne iteracije odvijaju brzo: dok se u jednom centru dovršava namatanje vlakana i očvršćivanje matrice u autoklavu, u drugom se priprema instrumentacija i simulira testna kampanja, a treći validira modele na temeljima podataka iz prethodnog ciklusa ispitivanja.
Kakve promjene Phoebus donosi misijama: od konstelacija do znanstvenih sondi
Uštede mase na gornjem stupnju otvaraju niz mogućnosti na tržištu komercijalnih satelita, ali i u znanstvenim misijama. Operatori konstelacija dobivaju veću fleksibilnost pri raspodjeli satelita po orbitalnim ravninama, a znanstvene misije – osobito međuplanetske – profitiraju od dodatnog „delta-v” budžeta koji omogućuje preciznija gravitacijska praćenja, kompleksnije korekcije injekcije ili produljenje trajanja misije. U svijetu gdje je svaki metar u sekundi značajan, lakši gornji stupanj može biti odlučujući faktor u natjecanju za zahtjevne interplanetarne prozore.
Izazovi koji ostaju: cikličko zamaranje i dugotrajan boravak na rampi
Gornji stupanj ne živi samo u idealnim uvjetima. Tijekom pripreme lansiranja može satima ili duže boraviti na rampi uz puni ili djelomični kriogeni teret. To znači dugotrajnu izloženost toplinskim gradijentima, vjetru i vibracijama, kao i višestruke cikluse punjenja i pražnjenja. Kompozitna koža mora ostati stabilna; prijelazi oko priključaka, učvršćenja i sučelja s izolacijom ne smiju generirati lokalizirane koncentracije naprezanja. Zato je u Phoebusu naglasak na ponovljivim cikličkim testovima i na mjerenju šuma prije nego što se „odglumi” ekstrem – lom blizak, ali ispod potpune destrukcije.
Učenje iz „malih” demonstratora: zašto su prototipovi od 60 l presudni
Premda su minijaturni u odnosu na letne spremnike, „boce” od 60 l bile su laboratorij za ključne odluke: izbor matrice otporne na kriogene temperature, strategiju polaganja vlakana oko poluterskih i meridijanskih pravaca, optimizaciju prelaza oko priključaka i ventila, te formulaciju površinskih premaza koji brtve mikropore. Taj je rad omogućio brže donošenje odluka za veći spremnik od ~2600 l, smanjujući broj skupih iteracija u većem razmjeru i skraćujući ukupno vrijeme do ispitivanja u realističnom okruženju.
Izolacija, termalni štit i upravljanje isparavanjem
Kriogene misije uvijek gube dio tekućine kroz isparavanje (boil-off). Kod vodika, čija je latentna toplina visoka, svako smanjenje toplinskog toka kroz stijenku i spojeve izravno štedi gorivo. Kompozitni spremnik se kombinira s naprednim sustavima izolacije (višeslojna ML-izolacija, aerogel-podloge, selektivni premazi niske emisivnosti), a toplinski mostovi prema strukturama gornjeg stupnja minimiziraju se geometrijom i materijalima prirubnica. Upravljanje isparavanjem uključuje i pametno odzračivanje: vodik koji nastaje isparavanjem može se privremeno akumulirati i zbrinuti uz minimalne gubitke i maksimalnu sigurnost.
Od testnog stupa do lansirne rampe: što prethodi letu
Čak i ako ispitivanja u Trauenu pokažu sve što modeli predviđaju, slijedi cijeli niz „qualification” koraka: dokaz izdržljivosti na statička i dinamička opterećenja, kompatibilnost s tekućim kisikom (za paralelni LOX spremnik), integracijski testovi s cjevovodima, ventilima i senzorikom gornjeg stupnja, te validacija procedura punjenja i ispražnjivanja na tlu. U svemu tome presudna je dokumentacija i trag podataka – bezrobustan niz mjerenja iz svih režima rada koja omogućuju sigurnosnim tijelima i certifikacijskim komisijama da daju zeleno svjetlo za letnu konfiguraciju.
Ekonomika mase: što znači „par tona uštede” u stvarnim brojkama
Smanjenje suhe mase gornjeg stupnja za nekoliko tona prelijeva se u veću korisnu nosivost ili izravno u produljenje „radnog prozora” za misije koje zahtijevaju složenu orbitalnu dinamiku. U lansiranjima na GTO ili MEO to može značiti dodatne desetke kilograma korisnog tereta; u misijama prema Lagrangeovim točkama ili s dubokim svemirskim odredištima, vrijednost dobivenog „delta-v” često je još vrjednija. Za operatere to je kompetitivna prednost koja se mjeri ugovorima.
Kultura ispitivanja: zašto je „zaustaviti se prije loma” pametna strategija
Potpuni lom daje dramatičan videozapis, ali manje korisnih podataka za kalibraciju modela. Upravo zato je plan da se spremnik postupno dovodi do granice krhkosti, a potom „odmakne” kako bi se provjerile eventualne trajne posljedice i poravnale krivulje naprezanje–deformacija s predikcijama. Takav pristup daje više transverzalnih presjeka kroz ponašanje materijala, bolje osvjetljava prijelazne pojave i pomaže odlučiti gdje se isplati dodati sloj laminata, a gdje je materijal nepotrebno masivan.
Što znači uspjeh za europsku autonomiju u svemiru
Phoebus nije samo „još jedan” tehnološki projekt. On je indikator sazrijevanja industrijskog ekosustava koji može brzo iterirati, validirati i uvoditi napredne materijale u letne sustave. Ako kompozitni kriotankovi pokažu punu pouzdanost, otvara se put prema kompozitnim strukturama većeg obuhvata: intertank-sekcije, prstenovi, nosači i sekundarne stijenke. Sinergija s drugim industrijama – zrakoplovstvom i energetikom na vodik – dodatno povećava povrat društvenog ulaganja jer se znanje prelijeva u dekarbonizaciju prijevoza i skladištenja energije.
Termini i stvarno stanje 17. listopada 2025.
Do današnjeg datuma dovršeni su ključni rani koraci u proizvodnji velikog spremnika za vodik u Augsburgu, a finalizacija izrade očekuje se do kraja prosinca 2025. Paralelno, u Trauenu se zatvara projektiranje ispitne infrastrukture uz planirani kritički pregled krajem godine – korak potreban da građevinski i instalacijski radovi uđu u završnicu prije testne kampanje u travnju 2026. Ovakav raspored rada sinkroniziran je s tempom nabave senzora, kalibracije metrologije i validacije softvera za akviziciju podataka.
Tehnički detalji kompozitne „kože”: orijentacije vlakana i prijelazi
Projektanti raspoređuju orijentacije vlakana u slojevima tako da glavne dionice preuzimaju obodni (hoop) i uzdužni (meridijanski) napon. Mjesta oko priključaka za punjenje/pražnjenje i instrumentaciju osnažuju se lokalnim „patch” slojevima koji sprječavaju koncentracije naprezanja. Rubovi kupola (dome) i cilindričnog plašta oblikuju se tako da se sile rasporede glatko, bez naglih promjena krutosti. Svaki prijelaz prati detaljna analiza mehanike loma, a provodi se i NDT kontrola (ultrazvuk, termografija) kako bi se potvrdila homogenost i odsutnost delaminacija.
Kompatibilnost s kisikom: drugi krak Phoebusa
Iako je ovaj članak usredotočen na vodikov spremnik, u pozadini traje i rad na spremniku za tekući kisik. Kisik je, osim što je kriogen, i kemijski zahtjevan: određeni polimeri i aditivi nisu prihvatljivi jer mogu reagirati ili degradirati pri kontaktu. Stoga se ispitivanja materijala provode u uvjetima koji simuliraju zatvorene volumene s tekućim LOX-om i parama kisika, uz mehanička opterećenja koja odgovaraju realnom tlakovnom profilu. Uspjeh LOX spremnika jednako je važan kako bi kompletna kompozitna arhitektura gornjeg stupnja postala izvediva.
Kako se mjeri napredak: od „go/no-go” točaka do TRL skale
Program definira jasne „milestone” točke: završetak proizvodnje glavnog tlačnog tijela, dovršetak integracije senzora, hladni „shakedown” bez vodika, zatim puni kriogeni ciklusi s vodikom. Svaka točka nosi „go/no-go” odluku za sljedeću fazu. Paralelno se prati razina tehnološke spremnosti (Technology Readiness Level – TRL) kako bi se ocrtalo koliko je tehnologija blizu operativnog okruženja. Cilj je doći na razinu na kojoj se može započeti industrijalizacija – ne samo gradnja jednog demonstratora, nego plan ponovljive proizvodnje s kontrolom kvalitete i ponovljivim performansama.
Širi kontekst: Europa, partnerstva i buduće letjelice
Napredak na kompozitnim spremnicima uklapa se u širi europski zaokret prema lakšim, učinkovitijim sustavima. Nova generacija pogona – od metanskih motora s višekratnom uporabom do električnih post-injekcija – traži strukture koje ne „kazne” performanse. Kompozitni kriotankovi za vodik i kisik dobar su temelj i za buduće konfiguracije koje razmatraju korištenje vodika izvan raketnih sustava, primjerice u zrakoplovstvu ili kopnenom teretu, gdje iskustvo stečeno u svemirskoj industriji pomaže u rješavanju pitanja zrakotijesnosti, izolacije i sigurnosti rukovanja.
Što slijedi nakon travnja 2026.: put do letnog statusa
Rezultati proljetne kampanje poslužiti će za konačno „zatezanje” dizajna. Ako se potvrdi da su pragovi pojave mikro-pukotina predvidljivi i pod kontrolom, fokus prelazi na kvalifikaciju za letnu uporabu: testove vibracija i akustičkih opterećenja, otpornost na udar (npr. pad leda), integraciju s ventilsko-cjevovodnim sklopovima i sustavima nadzora. U tom koraku industrijalizacija izlazi iz laboratorija: uvode se proizvodne tolerancije, standardiziraju se procedure autoklaviranja, a kontrola kvalitete obuhvaća statističku provjeru svakog „batcha” preprega i smola.
Zašto je priča o Phoebusu važna danas
Na 17. listopada 2025. Europa je u fazi učenja i potvrđivanja koja će snažno utjecati na to kako će izgledati lansiranja sljedećeg desetljeća. Odgovori koji stignu iz Trauena i Augsburga – koliko je spremnik izdržljiv, koliko stabilan, kako „diše” u dinamici lansiranja – ucrtavaju mapu odluka za iduće generacije gornjih stupnjeva. Ovaj projekt nije samo tehnološka znatiželja, nego i strateški ulog za konkurentnost i autonomiju europskih lansirnih kapaciteta.
Povezani pojmovi i konteksti
- Program FLPP – okvir iz kojeg je proizašao razvoj kompozitnih spremnika i drugih tehnologija gornjih stupnjeva.
- Ariane 6 – nosiva raketa čiji gornji stupanj dobiva nove mogućnosti zahvaljujući lakšim spremnicima.
- ArianeGroup – industrijski nositelj ispitivanja i integracije sustava kriogenih spremnika.
- MT Aerospace – proizvođač kompozitnog tlačnog tijela i ključnih elemenata spremnika u Augsburgu.
Što još treba pratiti do kraja 2025.
Do završetka godine očekuje se critical design review za ispitnu infrastrukturu u Trauenu i zatvaranje proizvodnje prvog velikog LH2 spremnika. U igri su i dopunske validacije: sekundarni hladni testovi bez vodika radi provjere deformacijskih mapa, kalibracije tenzometara u kriogenom režimu i provjera odziva ventila na niskim temperaturama. Ti koraci pripremaju teren za proljetne testove 2026., kada će se spremnik „upoznati” s realnim radnim medijem – tekućim vodikom – i kada će instrumentacija dati potpunu sliku o ponašanju strukture pri temperaturama bliskim apsolutnoj nuli.