Europska svemirska industrija prolazi kroz brzu, ali tihu revoluciju: umjesto otrovnih pogonskih goriva koja su desetljećima bila standard, sve se više okreće takozvanim „zelenim“ rješenjima. Jedan od najzanimljivijih novih proizvoda u tom području je ARIEL – novi, 250-njutonski kemijski potisnik na vodikov peroksid koji razvija španjolska tvrtka Arkadia Space pod okriljem programa Europske svemirske agencije (ESA) Future Launchers Preparatory Programme (FLPP). Riječ je o motoru namijenjenom sustavima upravljanja položajem (Reaction Control System – RCS) raketa i svemirskih letjelica, koji kombinira ekološki prihvatljivije gorivo, visok stupanj pouzdanosti i konkurentne troškove, a pritom cilja segment tržišta u kojem Europa do sada nije imala serijski dostupan proizvod ovih performansi.

Potisnik za precizno upravljanje svemirskim letjelicama

Za razliku od glavnih pogonskih motora koji stvaraju velike količine potiska kako bi raketa ili letjelica uopće dospjela u orbitu ili promijenila orbitu, ARIEL je projektiran kao takozvani potisnik za upravljanje stavom letjelice. Takvi motori smješteni su na različitim dijelovima svemirskog vozila i rade u kratkim rafalima ili duljim, stabilnim „paljenjima“ kako bi precizno zakrenuli, stabilizirali ili usmjerili letjelicu prema željenom pravcu. Sa svojim maksimalnim potiskom od oko 250 N, ARIEL bi na Zemlji mogao zadržati vreću cementa tešku 25 kilograma u zraku, što se u vakuumu svemira pretvara u vrlo fino i kontrolirano upravljanje velikim raketama ili masivnim satelitima.

Zašto vodikov peroksid zamjenjuje hidrazin

Ključna posebnost ovog potisnika jest odabir pogonskog goriva. Umjesto klasičnog hidrazina, koji je desetljećima bio de facto standard u svemirskim misijama, ARIEL koristi visoko koncentrirani vodikov peroksid (High Test Peroxide – HTP) čistoće oko 98%. Vodikov peroksid kao monopropelant razgrađuje se u prisutnosti katalizatora na vruću smjesu pare vode i kisika, stvarajući mlaz koji generira potisak bez potrebe za dvo-komponentnim (bipropelantnim) sustavom. Time se pojednostavljuje cjelokupni sustav napajanja, smanjuje broj ventila, cijevi i spremnika, a istodobno raste sigurnost u radu na zemlji i u orbiti.

Hidrazin je, s druge strane, iznimno toksična i kancerogena tvar, čije skladištenje, rukovanje i transport zahtijevaju skupu zaštitnu opremu, specijalizirane objekte i strogo regulirane procedure. Posade na lansirnim rampama ne smiju mu se približiti bez punih zaštitnih odijela s vlastitim sustavom dovoda zraka, a eventualna onečišćenja okoliša predstavljaju ozbiljan rizik. Zbog toga svemirska industrija već godinama traži alternative koje bi zadržale uporabljivost hidrazina, ali uz manji utjecaj na zdravlje ljudi i okoliš. Upravo tu nišu zauzima ARIEL, kao jedan od prvih monopropelantnih potisnika na vodikov peroksid ovakvog razreda potiska razvijenih u Europi.

Brzi razvoj uz potporu ESA-inog programa FLPP

Program FLPP, u sklopu kojeg je ARIEL nastao, zamišljen je kao svojevrsni inkubator tehnologija za buduće europske lansirne sustave. ESA kroz njega financijski i tehnički podupire tvrtke koje razvijaju komponente i podsustave s potencijalom za primjenu na budućim raketama, svemirskim avionima ili naprednim svemirskim misijama. U slučaju Arkadia Spacea, prvi ugovor za razvoj i ispitivanje ARIEL-a potpisan je u lipnju 2023., a već sedam mjeseci kasnije motor je bio spreman za prvo ispaljivanje na testnom stolu. U manje od dvije godine od potpisivanja ugovora ARIEL je, nakon niza testova, dosegnuo razinu tehnološke spremnosti TRL 6, što znači da je tehnologija demonstrirana u relevantnom okruženju i spremna za prelazak prema kvalifikacijskim i komercijalnim primjenama.

Testni centar u Castellónu i opsežna kampanja ispitivanja

Testna kampanja provedena je u Arkadia Space Test Centeru smještenom na zračnoj luci Castellón u Španjolskoj, gdje je tvrtka izgradila vlastito postrojenje posebno prilagođeno ispitivanju potisnika srednjeg potiska i duljih vremena rada. Testni stol i prateća infrastruktura moraju izdržati ne samo kratke pulseve, nego i kontinuirane „burnove“ u trajanju od nekoliko minuta, uz ponovljene cikluse paljenja i gašenja, promjene tlakova i temperatura te mjerenja u uvjetima približenim vakuumu svemira. Takvi testovi omogućuju inženjerima da precizno karakteriziraju ponašanje motora, optimiziraju dizajn komore za izgaranje, katalitičkog ležaja i injektora te potvrde pouzdanost u uvjetima bliskim stvarnom letu.

Performanse motora potvrđene opsežnim testiranjem

ARIEL je tijekom te kampanje demonstrirao niz ključnih performansi. Ostvario je specifični impuls reda 180 sekundi u vakuumu, što ga svrstava među konkurentne „zelene“ monopropelantne potisnike na tržištu. Motor je sposoban kontinuirano raditi i do pet minuta u jednom paljenju, bez znakova degradacije ili pada performansi, što je važno za manevre poput aktivnog kočenja, de-orbitiranja ili prebacivanja u drugu orbitu. Istodobno može raditi i u vrlo kratkim, iznimno preciznim rafalima od svega 40 milisekundi, kakvi su tipični za fino upravljanje stavom letjelice tijekom faza kao što su odvajanje stupnjeva rakete, orbitalni manevri ili priprema za ulazak u atmosferu.

Tijekom testiranja pojedinačni je motor odradio više od 2000 pulseva i potrošio preko 100 kilograma vodikovog peroksida, što daje solidnu statističku bazu za procjenu pouzdanosti. Uz sam potisnik, projekt obuhvaća i prototipove spremnika goriva te sustav napajanja koji može raditi u tako-zvanom „blowdown“ načinu rada: kako se potrošnja HTP-a povećava, dio vodikovog peroksida spontano prelazi u plinovitu fazu i svojim tlakom potiskuje preostalu tekućinu prema komori motora. Time se smanjuje potreba za dodatnim plinom za potiskivanje (poput helija), što opet pojednostavljuje sustav i smanjuje masu.

Prednosti vodikovog peroksida u praksi

Vodikov peroksid kao pogonsko gorivo donosi i čitav niz dodatnih prednosti. U usporedbi s hidrazinom, HTP nudi konkurentnu razinu specifičnog impulsa, iako je u nekim konfiguracijama nešto niži, ali se to kompenzira jednostavnijom arhitekturom sustava, nižim troškovima i manjim sigurnosnim zahtjevima. Usto, vodikov peroksid je jeftiniji, komercijalno dostupan u brojnim industrijskim sektorima i, uz adekvatne mjere opreza, znatno je manje opasan za ljude i okoliš. Za razliku od hidrazina, koji se klasificira kao vrlo opasan otpad i zahtijeva složene procedure zbrinjavanja, proizvodi razgradnje vodikovog peroksida su voda i kisik, što značajno olakšava cjelokupnu logistiku.

Iz perspektive zemaljske infrastrukture, prelazak na vodikov peroksid znači kraće pripreme misija, smanjenu potrebu za specijalnim zaštitnim odijelima i opremom, manje administrativnih barijera i niže operativne troškove. Upravo zato sve više svemirskih agencija i operatera satelita razmatra ili već implementira „zelene“ pogonske sustave, bilo u obliku monopropelantnih motora na vodikov peroksid, bilo u kombinaciji s drugim gorivima u hibridnim ili bipropelantnim konfiguracijama. ARIEL se pozicionira kao jedan od alata koji europskoj industriji omogućuje da uhvati korak s ovim trendom i istodobno smanji ovisnost o vanjskim dobavljačima ključnih tehnologija.

Tehnički izazovi: katalizator i aditivna proizvodnja

S tehničke strane, razvoj pouzdanog monopropelantnog potisnika na vodikov peroksid nije trivijalan zadatak. Najveći izazov leži u razvoju katalitičkog ležaja koji mora izdržati ponovljene cikluse razgradnje HTP-a, visoke temperature i potencijalna onečišćenja, a da pritom zadrži stabilne performanse kroz cijeli životni vijek motora. Arkadia Space je u sklopu ARIEL projekta, uz potporu ESA-inih stručnjaka za raketni pogon, optimizirala geometriju komore, izbor materijala i konfiguraciju katalitičkih elemenata kako bi smanjila pad tlaka, spriječila lokalna pregrijavanja i osigurala da se razgradnja goriva odvija kontrolirano i ponovljivo, od prvog do zadnjeg paljenja.

Još jedna važna komponenta pri dizajnu potisnika ove klase je mogućnost 3D ispisa određenih dijelova, čime se smanjuje broj spojeva, skraćuje vrijeme proizvodnje i olakšavaju modifikacije dizajna. Arkadia je dio svojih potisnika razvila upravo s aditivnom proizvodnjom na umu, što se podudara s općim trendom u svemirskoj industriji gdje se sve više kritičnih dijelova – od injektora do nosivih struktura – izrađuje na 3D pisačima prilagođenima uporabi visokotemperaturnih legura. Takav pristup omogućuje i lakšu prilagodbu različitim konfiguracijama raketa ili satelita, jer se određeni elementi mogu brzo redizajnirati i ponovno isprintati.

Od demonstratora do komercijalnog proizvoda

ARIEL ne ostaje samo u fazi demonstratora. Već tijekom 2025. godine tehnologija je počela dobivati konkretne komercijalne primjene. Arkadia Space je potpisala svoj prvi potpuno komercijalni ugovor s francuskom tvrtkom MaiaSpace, koja razvija novu generaciju europskih malih, djelomično višekratno upotrebljivih raketa. ARIEL-ovi potisnici od 250 N odabrani su za sustav upravljanja reakcijom (RCS) na njihovom lansirnom vozilu, gdje će osiguravati precizno upravljanje orijentacijom rakete nakon polijetanja, tijekom faza odvajanja stupnjeva i eventualnog povratka dijelova rakete za ponovnu uporabu. Za Arkadiju taj ugovor znači potvrdu zrelosti tehnologije i početak ulaska na tržište kao dobavljača ključnih pogonskih komponenti.

Prema javno dostupnim tehničkim podacima, ARIEL je danas kategoriziran razinom tehnološke spremnosti TRL 8, što podrazumijeva da je sustav u visokom stupnju zrelosti i vrlo blizu punoj operativnoj, serijskoj uporabi. Letna kvalifikacija planirana je za kraj 2025. godine, što bi, uz uspješan završetak procesa, otvorilo vrata širem uvođenju motora na buduće lansirne i orbitalne platforme. Dizajn potisnika obuhvaća raspon potiska otprilike od 75 do 275 N, uz nominalnih 250 N, minimalni impulse bit manji od deset njutn-sekundi te ukupni raspoloživi impuls od nekoliko stotina tisuća njutn-sekundi tijekom životnog vijeka, s projektiranim brojem pulseva od preko 10 000.

Širi portfelj zelenih potisnika Arkadia Spacea

U pozadini ovog komercijalnog uspjeha stoji i širi paket ESA-inih projekata u kojima Arkadia sudjeluje. Osim ARIEL-a, tvrtka razvija i manje motore, poput 5-njutonskog potisnika DARK za precizne orbitalne manevre satelita, čime pokriva čitav spektar potreba – od finog upravljanja malim satelitima do pružanja stabilizacije i upravljanja raketama tijekom lansiranja. Tvrtka je već demonstrirala svoje pogonske sustave na vodikov peroksid u orbiti, na misijama komercijalnih pružatelja usluga uklanjanja svemirskog otpada i servisiranja satelita, što dodatno učvršćuje status ove tehnologije kao pouzdane opcije za operativne misije.

Europski kontekst i strateška autonomija

Na razini čitavog sektora, pomak prema „zelenim“ pogonima ima i šire geopolitičke implikacije. Europa posljednjih godina aktivno nastoji osigurati veću stratešku autonomiju u svemiru, bilo kroz razvoj vlastitih raketa i konstelacija satelita, bilo kroz ulaganje u nove generacije pogonskih sustava. Ovisnost o uvozu hidrazina i povezanim regulativama, osobito izvan EU, dugoročno je slabost koju ovakvi projekti nastoje umanjiti. Vodikov peroksid, koji se može proizvoditi unutar Europe, uz znatno manje regulatorne barijere, uklapa se u novu industrijsku i sigurnosnu strategiju, a ARIEL konkretizira tu viziju u obliku proizvoda koji ulazi u komercijalnu uporabu.

Ekološki aspekt nije sporedan. Iako ukupna količina goriva koju svemirska industrija koristi još uvijek ne može parirati globalnoj potrošnji fosilnih goriva u zračnom ili cestovnom prometu, svaka tehnologija koja smanjuje emisije i rizike dobitak je za okoliš. Procjene životnog ciklusa ukazuju da vodikov peroksid kao pogonsko gorivo može smanjiti emisije do približno 40% u odnosu na hidrazin, promatra li se cijeli lanac od proizvodnje, skladištenja i transporta do uporabe i zbrinjavanja. Ujedno se smanjuje i rizik od kontaminacije okoliša u okolici lansirnih rampi ili testnih centara, jer se eventualna istjecanja razgrađuju na tvari koje prirodni sustavi lakše podnose.

Primjene za operatore satelita i raketa

Za operatore satelita i lansirnih sustava, ARIEL i slični potisnici predstavljaju način da kombiniraju visoku orbitalnu preciznost s prihvatljivijim ekološkim otiskom i nižim operativnim troškovima. Precizno upravljanje stavom letjelice ključno je, primjerice, za konstelacije satelita u niskoj Zemljinoj orbiti, gdje svaki milisekund rada potisnika može značiti razliku između optimalnog i suboptimalnog položaja u odnosu na ostatak konstelacije. S obzirom na to da takve misije zahtijevaju tisuće i tisuće paljenja tijekom više godina rada, pouzdanost i ponovljivost performansi kakve je ARIEL demonstrirao u testovima izravno se prevode u uštedu goriva, dulji vijek letjelice i stabilniju uslugu krajnjim korisnicima.

Što slijedi za ARIEL i Arkadia Space

U idućim godinama očekuje se daljnji razvoj ARIEL linije proizvoda, uključujući prilagodbe različitim zahtjevima kupaca – od raketa za višekratnu uporabu do velikih satelita i orbitalnih servisa. Potencijal postoji i za kombiniranje HTP-a s drugim gorivima u hibridnim ili bipropelantnim sustavima, gdje bi isti tehnički temelj – spremnici, ventili i dio pogonske infrastrukture – mogao služiti i kao osnova za složenije motore većeg potiska. No već sada, kao 250-njutonski monopropelantni potisnik na vodikov peroksid, ARIEL simbolizira novu generaciju europske svemirske tehnologije koja nastoji spojiti inovaciju, održivost i tržišnu konkurentnost.

Suradnja industrije i agencije kao ubrzivač razvoja

Suradnja ESA-e i Arkadia Spacea na ovom projektu pokazuje i kako europski institucionalni programi mogu ubrzati put od ideje do proizvoda. Ugovor u okviru FLPP-a dao je Arkadiji ne samo financijsku potporu, nego i pristup stručnjacima za raketni pogon, testnim procedurama i standardima koji su se desetljećima brusili na velikim europskim programima poput Arianea. Takva sinergija omogućuje relativno mladim tvrtkama da izbjegnu uobičajene „dječje bolesti“ i već u ranim fazama razvoja ugrade zahtjeve vezane uz certifikaciju, sigurnost i integraciju u kompleksne svemirske sustave.

Za Arkadia Space, koja je osnovana prije samo nekoliko godina, ARIEL je ujedno i ulaznica u klub tvrtki koje u Europi pružaju ključne pogonske tehnologije. Nakon uspješne testne kampanje i validacije u suradnji s ESA-om, potpisivanje ugovora s MaiaSpaceom predstavlja potvrdu da njihov pristup „zelenom“ pogonu ima ne samo tehnološkog, nego i poslovnog smisla. Kako se broj lansiranja povećava, a interes za održivije i sigurnije pogonske alternative raste, potisnici poput ARIEL-a mogli bi postati standardni dio europskih raketa i satelita, čime bi se vodikov peroksid definitivno etablirao kao ozbiljna zamjena za hidrazin u mnogim primjenama.