Rakietowy płomień dla Europy. Silnik Prometheus zyskuje kształt

Prometheus (od imienia mitycznego Prometeusza) to program nowego silnika rakietowego, jaki powołała do życia Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) z myślą o nowej generacji systemów nośnych rodem ze Starego Kontynentu. Trwającej od 2017 roku realizacji przyświeca zamysł pozyskania taniego, zdatnego do wielokrotnego użycia napędu, który będzie wystarczająco uniwersalny, by zasilić całą flotę nowych rakiet kosmicznych – w tym być może już kolejnych wersji Ariane 6. Jednostka napędowa ma być na tyle nowoczesna i sprawna, by zapewnić Europie trwałą konkurencyjność na dynamicznie rozwijającym się rynku astronautycznym i technologii wynoszenia.

Długo oczekiwanym punktem zwrotnym dla dalszego postępu prac było posiedzenie Rady Ministerialnej ESA (Space19+) w Sewilli, do którego doszło pod koniec listopada zeszłego roku. ESA otrzymała wówczas zgodę państw członkowskich i pełny przydział funduszy na doprowadzenie projektu silnika Prometheus do poziomu zaawansowania technicznego umożliwiającego zastosowanie na skalę przemysłową.

Opracowany przez ArianeGroup na zlecenie ESA i we współpracy z francuską agencją CNES zalążek Prometheusa jest obecnie postrzegany jako ważny czynnik zapewnienia ciągłości europejskiego dostępu do przestrzeni kosmicznej. Kierując się założeniem efektywności kosztowej produkcji, ESA dąży do dziesięciokrotnego obniżenia nakładów finansowych na wytwarzanie jednostki napędowej w relacji do kosztów obecnie stosowanego podstawowego silnika rakiety Ariane 5, Vulcain 2.

Drugi warunek kluczowy to uniwersalność. Prometheus ma spełniać go dzięki takim cechom, jak zmienny ciąg, możliwość wielokrotnego zapłonu, zdatność do zastosowania zarówno w głównym, jak i wyższych segmentach rakiety oraz uproszczenie obsługi przed i po starcie. Odpowiednią wydajność i kulturę pracy ma zapewnić zastosowanie metanu jako materiału pędnego.

Aktualnie ESA i ArianeGroup przymierzają się do przeprowadzenia we współpracy z niemiecką agencją kosmiczną DLR serii ważnych testów w laboratorium Lampoldshausen, podczas których ma zostać potwierdzona użytkowa zdatność pierwszych pełnowymiarowych podzespołów Prometheusa. Te mają niebawem stać się częścią pierwszego złożonego modelu doświadczalnego tego silnika (M1).

Podczas nadchodzących testów w Niemczech wykorzystany zostanie m.in. zbiornik na metan o pojemności 250 m³. Co ciekawe, będzie on używany w konfiguracji umożliwiającej inżynierom płynne i zamienne przełączanie na stanowisku testowym pomiędzy modelem Prometheusa a równolegle rozwijanym, udoskonalanym napędem Vulcain 2.1 (przeznaczonym domyślnie dla rakiety Ariane 6)

Produkowane są już główne podsystemy. Do produkcji pierwszych elementów zbudowanych w ubiegłym roku wykorzystano nowe metody, takie jak warstwowe wytwarzanie przyrostowe (Additive Layer Manufacturing, ALM). Założeniem było sprawdzenie skali przyspieszenia produkcji, stopnia ograniczenia liczby osobnych części, a przez to też - znacznego obniżenia kosztów. Technologia ALM buduje strukturę warstwa po warstwie, co jest znacznie szybsze i łatwiejsze niż tradycyjny proces obróbki materiału. Ponadto łatwiej jest uzyskać złożone części, niemożliwe do wytworzenia w jednej formie klasycznymi metodami – można je otrzymywać przy użyciu mniejszej ilości materiału i energii oraz na znacznie mniejszej liczbie etapów produkcji.

Komponenty dotąd wyprodukowane i już gotowe do testowania obejmują m.in. korpus i nasady turbopomp oraz zawory systemu dopływu gazu. Do niedawna trwało jeszcze wytwarzanie zaworów komory spalania oraz rozwój komputera sterującego funkcjami silnika rakietowego - część, która ma sprawiać, że ​​będzie to „inteligentny” system napędowy, potencjalnie nadający się do wielokrotnego użytku.

Ukończenie pierwszego wstępnego modelu komory spalania spodziewane jest pod koniec czerwca. Następnie powstanie już właściwa konstrukcja komory, przeznaczona do zastosowania w jednostce testowej Prometheus M1. Ta część zostanie dostarczona docelowo w grudniu 2020 roku. Wtedy też europejscy inżynierowie zintegrują pełnowymiarowy silnik M1 do prób statycznych, jakie wyznaczone są na 2021 rok. Równolegle będą powstawały już kolejne silniki testowe.

ESA rozpoczęła finansowanie rozwoju silnika Prometheus w czerwcu 2017 roku kwotą 85 mln EUR, przekazaną za pośrednictwem mechanizmu rozwojowego o nazwie Future Launchers Preparatory Program. W ramach trwania tego programu, ArianeGroup przygotowuje obecnie demonstrator pojazdu wielokrotnego użytku o nazwie Themis, który ma wykorzystywać prototyp silnika Prometheus.