Europski projekt Phoebus, koji zajednički razvijaju Europska svemirska agencija (ESA), ArianeGroup i MT Aerospace, ulazi u novu fazu u kojoj se kompozitna tehnologija iz laboratorija seli na velike, konkretne demonstratore. Cilj je ambiciozan: klasične metalne spremnike na gornjem stupnju rakete Ariane 6 zamijeniti spremnicima od plastike ojačane ugljičnim vlaknima (CFRP), čime bi se uštedjelo više tona mase, otvorile veće performanse i smanjili troškovi po lansiranju. Iza pojma „crni gornji stupanj” krije se višegodišnji razvoj koji povezuje materijale, kriogeni inženjering, sustave sigurnosti i industrijsku logistiku od Augsburga i Bremena do Trauena i Lampoldshausena.

Zašto uopće kompoziti na gornjem stupnju

Svaka ušteđena kilogram-masa na gornjem stupnju rakete multiplicira se u krajnjem korisnom teretu. CFRP rješenja, uz ispravnu arhitekturu slojeva, matricu i kontrolu proizvodnje, omogućuju tankoćutnu ravnotežu između čvrstoće, krutosti i otpornosti na ekstremne temperature, a sve uz osjetno nižu masu od aluminijskih ili kriogeno optimiranih metalnih legura. U raketnim sustavima danas već koristimo kompozite za oplate i velike čvrste motore (poput P120C), no korištenje kompozita kao primarne strukture kriogenih spremnika puno je teži zadatak. Upravo je to polje na kojem Phoebus podiže tehnološku ljestvicu i razinu spremnosti (TRL) kako bi se budući „Black Upper Stage” uistinu i komercijalizirao kao nasljednik današnjeg gornjeg stupnja Arianea 6.

Ekstremi tekućeg vodika: −253 °C i molekula koja pronalazi svaku mikropukotinu

Vodik je najmanja i najživahnija molekula u svemiru. U raketi Ariane 6 upotrebljava se kao kriogeno gorivo, a u tekućem se stanju održava na oko −253 °C, tek dvadesetak stupnjeva iznad apsolutne nule. Na tim temperaturama većina polimera i kompozita postaje krhkija, pa se inženjeri susreću s pojavama poput mikro-pukotina u matrici, odvajanja slojeva (delaminacija) ili promjene propusnosti. Uz to, vodik lako difuzira kroz mikroskopske putove, pa čak i minimalni defekti mogu postati kanali za curenje. Konstruktori Phoebusa zbog toga moraju dizajnirati spremnik koji istodobno podnosi ekstremne gradijente temperature, ciklička opterećenja tlakom i mehanička naprezanja od vibracija lansiranja.

Od „boce” do spremnika promjera 2 metra: put korak po korak

Prvi eksperimenti u sklopu Phoebusa koristili su male demonstratore od oko 60 litara, tzv. „boce”, kako bi se dokazalo da CFRP struktura, uz odgovarajuću arhitekturu laminata i procese post-obrade, može pouzdano držati tekući vodik bez propuštanja i bez neželjenih reakcija. Na tim demonstratorima potvrđeni su temeljni materijalni modeli, kalibrirani su parametri za niske temperature i razvijene su metodologije ispitivanja koje su do tada uglavnom postojale samo za metalne spremnike.

Nakon „boca” slijedi važan iskorak: izvedba spremnika promjera 2 metra, zapremnine gotovo 2600 litara. U tom mjerilu pojavljuje se čitav niz novih izazova, od kontrole tolerancija pri automatskom polaganju vlakana (AFP) i preciznosti spojeva, do upravljanja zaostatkom naprezanja nakon očvršćivanja i integracije priključaka, ventila i senzora koji moraju ostati pouzdani na −253 °C.

Proizvodnja u Augsburgu, testovi u Njemačkoj: tko što radi

MT Aerospace u Augsburgu izvodi ključne korake proizvodnje unutarnjeg tlačnog spremnika (pressure vessel) i pripadajućih kompozitnih elemenata. Tvrtka je izgradila kapacitete za izradu kompozitnih struktura i spremnika promjera do 3,5 metara, uz napredne automatske strojeve za polaganje traka i pređa te sustave nativne kontrole kvalitete. ArianeGroup preuzima odgovornost za ispitivanja spremnika, uključujući projektiranje i gradnju novog ispitnog postrojenja, kao i definiranje testnih procedura, sigurnosnih protokola i mjerne arhitekture. U timovima sudjeluju i partneri specijalizirani za kriogeni inženjering i analitiku, dok su pojedine verifikacije mogućnosti sustava povjerene i državnim institutima.

Vremenska crta razvoja: jesen 2025., revizije do kraja godine i ispitivanja u proljeće 2026.

U rujnu 2025. dovršen je prvi set proizvodnih operacija na unutarnjoj komori spremnika tekućeg vodika promjera 2 m. Do prosinca je predviđeno zatvaranje proizvodne faze, što uključuje završne kompozitne omotače, spojne prirubnice i pripremu za integraciju instrumenata. Kritična dizajnerska revizija (CDR) planirana je do kraja 2025., kako bi se potvrdile sve ključne konstrukcijske pretpostavke i dao „zeleni signal” za civilne radove na ispitnoj lokaciji i instalaciju opreme. Kampanja ispitivanja s tekućim vodikom planirana je za travanj 2026., a provodit će se na ispitnom mjestu ArianeGroupa u Trauenu, Njemačka.

Trauen kao kriogena pozornica: što to logistički znači

Trauen je dio njemačke mreže pogona i postrojenja specijaliziranih za vodik: uz primarnu ulogu ArianeGroupa u Europi, lokacija služi kao čvorište za razvoj, kvalifikaciju i ispitivanja podsustava, opreme i demonstratora koji rade s tekućim kriogenim medijima. Za Phoebus to znači da će na jednome mjestu biti integrirani sustavi punjenja, društvo spremnika za inertne plinove, sustavi za odzračivanje i oporabu plina, vatrootporna infrastruktura i zone sigurnosnog perimetra. S obzirom na činjenicu da tekući vodik unatoč −253 °C izuzetno lako formira zapaljive smjese, svaka operacija punjenja i ispitivanja odvija se uz rigorozne procedure i višeslojne sigurnosne barijere.

Kako se „sluša” spremnik: senzori, mjerenja i modeli

Da bi se razumjelo ponašanje kompozitnog spremnika pri punjenju, tesnom zadržavanju i pražnjenju na −253 °C te pod povećanim tlakovima, konstrukcija se „posipa” senzorikom. Na i u laminatu nalaze se mjerači deformacije (strain gauges), vlaknene optičke mreže, temperaturne sonde, senzori tlaka i visokoosjetljivi analizatori curenja. Poseban izazov je mjeriti mikroskopska curenja pri kriogenim uvjetima: gotovih industrijskih rješenja gotovo i nema, pa je tim razvio vlastite konfiguracije ispitivanja s kalibriranim curenjem, inertnim medijima (helij), te algoritmima koji odvajaju instrumentalni šum od stvarnih signala. Podaci se bilježe pri različitim „koracima” opterećenja kako bi se mapirala mjesta na kojima se mikro-pukotine najranije javljaju i usporedili rezultati s numeričkim modelima sloj-po-sloj.

Do kuda ćemo ići u ispitivanjima: do točke prije loma

Plan je „gurati” spremnik kroz više faza, sve do rubne točke u kojoj se počinju pojavljivati kontrolirane pukotine – ali zaustaviti test prije potpunog loma. Time se dobivaju ključne informacije o rezervama čvrstoće, progresiji oštećenja i marginama sigurnosti u odnosu na realna opterećenja tijekom pripreme za lansiranje i u prvih nekoliko minuta leta. Svaki ciklus punjenja i ispuštanja prati se telemetrijom, a između koraka provodi se detaljna analiza podataka i pregled strukture nekim od nerazornih metoda (npr. ultrazvuk, termografija, akustička emisija).

Paralelni front: kisikovi spremnici velikog promjera

Dok se vodikov spremnik probija kroz svoju razvojnu stazu, u sklopu istog programa odmiču i demonstratori za tekući kisik. Ondje je naglasak na lineless (bez unutarnje obloge) pristupu i potvrdi da CFRP može sadržavati LOX bez nepoželjnih reakcija i bez curenja. U proteklom ciklusu proizvodnje napravljen je i dovršen prvi spremnik punog mjerila promjera približno 3,5 m, što je snažan signal da kompozitna rješenja u kriogenom području sazrijevaju i kod većih promjera. Usporedno s time unapređuju se i procesi automatskog slaganja slojeva te inline sustavi kontrole kvalitete koji već tijekom polaganja slojeva prepoznaju anomalije i defekte.

Od Phoebusa prema ICARUS-u: što znači „crni gornji stupanj”

Phoebus je zamišljen kao tehnološki demonstrator koji postavlja temelje za sljedeću generaciju gornjeg stupnja, često spominjanu pod radnim nazivom ICARUS (Innovative Carbon ARiane Upper Stage). Uspjeh demonstratora s vodikom i kisikom otvorio bi vrata integriranom gornjem stupnju s kompozitnim spremnicima, kriogenim sustavima i kompatibilnom strukturom koja zadržava ukupnu masu minimalnom, a funkcionalnost (autonomija, ponovno paljenje, duboko pražnjenje) maksimalnom. Uz to se promišljaju i implikacije na arhitekturu opskrbnih linija, sustave punjenja na lansirnoj rampi i standarde održavanja tijekom operativnog životnog ciklusa.

Sigurnost na prvom mjestu: upravljanje rizikom pri tekućem vodiku

Iako se vodik u testovima drži na ekstremno niskoj temperaturi, njegova sposobnost da se zapali u kontaktu s oksidatorom ili uz iskru zahtijeva krajnju disciplinu. Testne kampanje provode se uz stroge zone zabrane pristupa, redundantne sustave detekcije vodika, automatsko inertiziranje s dušikom ili helijem, brze ventile za rasterećenje tlaka i protupožarne sustave prilagođene kriogenim uvjetima. Svaki postupak ima unaprijed pripremljene scenarije i točke prekida, a timovi prođu višestruke probe suhim medijima prije prvog punjenja LH₂.

Šira industrijska slika: od materijala do radnih mjesta

Razvoj Phoebusa nije samo tehnološka priča: on je i industrijski program koji učvršćuje europsku autonomiju u području kompozitnih kriogenih spremnika. Investicije u opremu, ljude i procese u Augsburgu, Bremenu i na njemačkim ispitnim poligonima osnažuju dobavne lance i stvaraju preduvjete da Europa sama dizajnira, proizvodi, ispituje i kvalificira ključne elemente gornjih stupnjeva raketa. Dugoročno, znanje stečeno u svemirskom sektoru prelijeva se u zrakoplovstvo (inicijative oko LH₂ aviona), energetiku (spremnici i cjevovodi za vodik) i mobilnost (zemaljski spremnici, logistika).

Tehnologija izbliza: što čini dobar CFRP spremnik za LH₂

• Arhitektura laminata: precizno slaganje orijentacija vlakana radi upravljanja anizotropijom i sprječavanja „zamahivanja” naprezanja oko otvora i priključaka.


• Matrica i kompatibilnost: smolni sustav koji na −253 °C zadržava žilavost i prionjivost na vlakna, uz minimalnu mikropukotinsku mrežu nakon očvršćivanja.


• Metode proizvodnje: automatsko polaganje vlakana (AFP/ATL) uz inline nadzor kvalitete, kontrolirane cikluse očvršćivanja i post-procesne toplinske tretmane.


• Priključci i prijelazi: hibride metal–kompozit koji ublažavaju koncentracije naprezanja i osiguravaju zaptivanje pri cikličkom opterećenju.


• Barijerni slojevi i propusnost: optimizacije koje smanjuju difuziju vodika kroz matricu bez značajnog rasta mase.


• NDT inspekcije: ultrazvuk, termografija i optička vlakna ugrađena u strukturu za praćenje oštećenja u stvarnom vremenu.

Što očekivati od ispitne kampanje u travnju 2026.

Planirani niz testova uključuje punjenja i rasterećenja na definiranim razinama tlaka, termičke cikluse, ispitivanja pod vibracijskim opterećenjem, te naposljetku test približavanja graničnim stanjima. Posebna pažnja posvećuje se praćenju „prvih pukotina” – to su mikroskopske pojave koje ukazuju na mjesta gdje se lokalno gomilaju naprezanja. Takva zapažanja izravno ulaze u iteracije dizajna i upute za proizvodnju, skraćujući put do spremnika koji s većim marginama izdržava realne uvjete leta.

Utjecaj na operacije Arianea 6 i tržišno pozicioniranje

Uspješna tranzicija prema lakšem gornjem stupnju donosi dvostruku korist: veći korisni teret na ciljnu orbitu i potencijalno manji trošak po kilogramu. Time Ariane 6 dobiva dodatnu fleksibilnost za konstelacije, međuplanetarne misije sa složenijim profilima ubrizgavanja, te misije koje zahtijevaju ponovno paljenje i precizno upravljanje orbitalnom energijom. „Crni gornji stupanj” bio bi i snažna poruka tržištu da Europa posjeduje vlastite, inovativne kompozitne tehnologije na razini koja rješava i kriogene izazove tekućeg vodika i kisika.

Planovi do kraja 2025.: kritične odluke i građevinski radovi

Do 31. prosinca 2025. predviđena je kritična dizajnerska revizija za ispitnu infrastrukturu i spremnik, nakon čega slijedi početak građevinskih radova i instalacija specijalizirane opreme na lokaciji. Dokumentacija mora potvrditi da su ispunjeni svi kriteriji sigurnosti, da je scenarij testiranja izvediv i da su margine u skladu s ciljevima programa. Time se otvara put ka proljetnom rasporedu ispitivanja tekućim vodikom u travnju 2026.

Kako se ova priča uklapa u FLPP: program koji smanjuje rizik budućnosti

Phoebus je dio ESA-ina programa FLPP (Future Launchers Preparatory Programme), čija je uloga smanjiti tehnički i razvojni rizik prije ulaska u skupe faze serijske proizvodnje i operacija. Kroz FLPP se financiraju i koordiniraju demonstratori, provode verifikacije, donose standardi i prenosi znanje između industrijskih partnera. Uspostavljen je okvir u kojemu se nove tehnologije – kakve su kriogeni CFRP spremnici – mogu dokazati na terenu i potom ugraditi u realne sustave s jasnim tržišnim učincima.

Što smo naučili na malim demonstratorima i zašto je to bitno

„Boca” od 60 litara nije samo simbolična stepenica, nego i ključan korak za validaciju osnovnih fizikalnih pretpostavki: kako se mikropukotine razvijaju pri kriogenim temperaturama, kako promjene u procesnim parametrima proizvodnje utječu na propusnost, koliko barijerni slojevi pomažu i na kojim mjestima treba pojačati laminat oko priključaka. Te lekcije čine jezgru znanja koja se potom skalira na spremnike promjera 2 m i dalje, uz stalno usklađivanje računalnih modela s rezultatima ispitivanja.

Oprema koja čini razliku: od AFP-a do digitalne provjere kvalitete

Za izradu velikih kompozitnih spremnika ključna je automatizacija. Strojevi za automatsko polaganje vlakana (AFP/ATL) rade s velike preciznosti, ali za kriogene spremnike potrebno je i dodatno „oči u realnom vremenu”. Ugrađeni sustavi vizualne i termalne inspekcije tijekom proizvodnje omogućuju da se defekti prepoznaju na sloju gdje su nastali, prije nego postanu skriveni dubljim slojevima. Paralelno se provodi digitalno bilježenje procesa – digital thread – koji kasnije olakšava korelaciju između defekata, procesa i ponašanja spremnika na testu.

Integracija s raketnim sustavima: nije samo spremnik, nego cijeli ekosustav

Kompozitni spremnik mijenja i druge dijelove gornjeg stupnja: od kriogenih vodova i ventila, preko izolacije i anti-gejzirnih rješenja, do načina kako se upravlja boil-offom i relaksacijom tlaka na stajanci. U igru ulaze suptilne odluke o tome gdje smjestiti senzore, kako voditi kabele i optička vlakna da izdrže vibracije i termičke naprezanja, te kako riješiti servisne priključke koji su kompatibilni s postojećom zemaljskom opremom za punjenje. Sve to mora stati u masu i volumetriju koja ima smisla za performanse misije.

Ekološka perspektiva: vodik, emisije i buduća mobilnost

Iako su raketne emisije specifične i malog udjela u globalnim statističkim brojkama, tehnologije razvijene za sigurno rukovanje tekućim vodikom i lakim kriogenim spremnicima imat će širi utjecaj. Znanje o barijerama propusnosti, sigurnosnim zonama, inertizaciji i detekciji curenja prelijevat će se u zrakoplovstvo koje istražuje vodik kao gorivo, ali i u kopnenu mobilnost i energetsku infrastrukturu, gdje je ključno smanjiti gubitke i rizike u čitavom lancu.

Što slijedi nakon travnja 2026.: put prema kvalifikaciji

Ako rezultati pokažu da kompozitni vodikov spremnik ispunjava kriterije nepropusnosti, čvrstoće i trajnosti uz prihvatljive margine, sljedeći koraci vodit će prema proširenim kampanjama ispitivanja, uključujući testove dugotrajnog držanja tekućeg vodika, termomehaničke cikluse visokog broja ponavljanja, te integracijske provjere na razini sustava gornjeg stupnja. Paralelno će se optimirati proizvodnja, tražiti mjesta za daljnje uštede mase i finalizirati standardi koji će pratiti prelazak iz demonstratora u letno kvalificiranu konfiguraciju.

Ključne točke na jednome mjestu

• Razvoj kompozitnih spremnika tekućeg vodika i kisika za gornji stupanj Arianea 6 s ciljem znatne uštede mase.


• Proizvodnja unutarnjeg tlačnog spremnika promjera 2 m dovršila je prve faze u rujnu 2025.; završetak proizvodnje planiran do prosinca.


• Kritična dizajnerska revizija do kraja 2025. omogućit će početak građevinskih radova na ispitnoj lokaciji.


• Ispitna kampanja s tekućim vodikom planirana je za travanj 2026. u Trauenu (Njemačka); scenarij uključuje postupno približavanje točki prije loma.


• Usporedno napreduje i lineless LOX spremnik punog mjerila (oko 3,5 m promjera), što potvrđuje zrelost CFRP rješenja za kriogene uvjete.


• Projekt je dio ESA-inog FLPP-a i gradi europsku autonomiju u kritičnim tehnologijama budućih lansirnih sustava.

Rječnik pojmova za brže snalaženje

• CFRP (Carbon-Fibre Reinforced Plastic) – plastika ojačana ugljičnim vlaknima; visoki omjer čvrstoće i mase.


• Kriogeni spremnik – spremnik za ultra-hladne tekućine (LH₂, LOX) na temperaturama ispod −150 °C.


• Lineless – konstrukcija spremnika bez unutarnje metalne/plastične obloge; kompozit izravno drži kriogenu tekućinu.


• CDR (Critical Design Review) – formalna revizija koja potvrđuje da je dizajn spreman za sljedeću fazu.


• AFP/ATL – automatizirane metode polaganja vlakana ili traka kompozita uz visok stupanj ponovljivosti.