Okniński, Łukasiewicz-ILOT: pewne starty suborbitalne mogłyby być wykonywane z Polski [WYWIAD]

12 maja 2021, 10:12
Tests_start_on_3D-printed_thrust_chamber_pillars
Statyczny test lekkiego silnika rakietowego wykonanego w technologii wytwarzania przyrostowego (druk 3D). Fot. ArianeGroup GmbH [esa.int]

Obchodzący w sierpniu tego roku 95-lecie swojego istnienia Łukasiewicz - Instytut Lotnictwa aktywnie przeciera kilka równoległych szlaków badań i rozwoju rakietowych napędów kosmicznych. Są wśród nich zarówno rozwiązania dotyczące systemów nośnych, jak i samych satelitów oraz lżejszych platform orbitalnych. Wiele z nich jest przedstawianych obecnie - m.in. przez Europejską Agencję Kosmiczną - jako przykłady polskiej specjalizacji w obszarze zaawansowanych technologii kosmicznych. O ich znaczeniu, dalszych perspektywach rozwoju oraz możliwościach narodowego wykorzystania opowiedział nam szerzej kierownik Zakładu Technologii Kosmicznych w Łukasiewicz - Instytucie Lotnictwa, dr inż. Adam Okniński.


Marcin Kamassa: W opublikowanym ostatnio odcinku naszej serii o efektach 7 lat realizacji programu Polish Industry Incentive Scheme opisaliśmy przypadek prowadzonego przez Łukasiewicz - Instytut Lotnictwa projektu silnika satelitarnego na dwuskładnikowy ekologiczny materiał pędny (GRACE). W artykule znalazły się Pana wypowiedzi dotyczące uwarunkowań procesowych i organizacyjnych tego konkretnego przedsięwzięcia. Dowiedzieliśmy się, że prace nad tą polską technologią napędową nie zakończyły się wraz ze zwieńczeniem projektu GRACE, a znalazły swoją kontynuację w inicjatywie GRACE 2. Czy w bieżącej odsłonie projekt GRACE 2 nadal mieści się w ramach programu PLIIS? O jakim poziomie zaawansowania jest teraz mowa?

Dr inż. Adam Okniński: Projekt GRACE2 realizowany jest w ramach jednego z ostatnich konkursów PLIIS, przy czym rozszerzeniu uległ tutaj zakres działań i naturalnie, podniósł się też poziom zaawansowania. Projekt ten ma docelowo przynieść naszemu rozwiązaniu gotowość technologiczną na poziomie TRL 5-6 [Technology Readiness Level - przyp. red.].

Co w tym kontekście zasługuje na podkreślenie, to fakt, że mamy teraz w konsorcjum niemieckie centrum lotniczo-kosmiczne DLR [Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt - przyp. red.] i właśnie w Niemczech będziemy realizować przewidziane badania próżniowe. Innymi słowy, będziemy sprawdzać, jak w warunkach bliskich kosmicznym pracuje silnik rakietowy naszej konstrukcji. Współpraca z DLR i kolejnymi partnerami z Zachodniej Europy ma też dla nas wymiar symboliczny. Szczególnie, że coraz częściej to liderzy europejskiego sektora zapraszają Instytut do międzynarodowych konsorcjów. Zdarza się to już także w przypadku projektów komercyjnych.

Takich stanowisk, jak to niemieckie, jest dosłownie kilka w całej Europie - w momencie uruchamiania naszego projektu był to jedyny europejski ośrodek, który mógł nasz silnik przyjąć i wykonać odpowiednie badania w próżni. Mówimy tutaj o ośrodku DLR w Lampoldshausen - to centrum, które zajmuje się testami napędów rakietowych: zarówno tych satelitarnych, jak i tych największych, włącznie z systemami flagowych europejskich rakiet nośnych: Ariane 5 czy nadchodzącą Ariane 6. Natomiast warto zaznaczyć, że docelowo planujemy realizować testy w próżni małych napędów satelitarnych w Polsce.

Kiedy ma nastąpić finalizacja projektu GRACE2?

Nastąpi to w drugiej połowie 2022 roku. Jego ukończenie pozwoli na demonstrację pracy napędu wykorzystującego jako utleniacz nadtlenek wodoru o stężeniu 98% z ekologicznym paliwem, co do dziś wedle naszej wiedzy nie zostało jeszcze przez nikogo zrealizowane. Nie ma napędów satelitarnych tego typu, a przecież wysokie stężenie utleniacza i jego czystość mogą pozwolić na wysokie osiągi i długie przechowywanie systemu w kosmosie.

image
Układ będący częścią elektrolizera do uzyskiwania wodoru. Fot. DLR/ThomasErnsting [dlr.de]

Przypomnijmy, że realizacja projektu od początku wiązała się z aktywnością konsorcjum, obejmującego m.in. udział Thales Alenia Space UK - na czym konkretnie polegało to zagraniczne zaangażowanie?

W pierwszej fazie PLIIS mieliśmy udział Thales Alenia Space UK w GRACE. Rolą tego zagranicznego uczestnika było w tym przypadku zapewnienie, żeby nasz zasadniczy efekt działań, czyli rozwój silnika, miał docelowego użytkownika - tzn. odbiorcę uznającego nasze rozwiązanie za dostosowane do jego konkretnych wymagań. Kooperant zagraniczny stawiał nam zatem wymagania - to był warunek tego, aby Thales Alenia Space było dalej zainteresowane naszym produktem, gdy będziemy przechodzić przez kolejne fazy rozwoju technologii i docelowo faktycznego produktu. Założenie było takie, aby nie tworzyć tutaj czegoś "na półkę", tylko po to, żeby to odpowiadało systemom TAS, jako jednemu z głównych ośrodków rozwoju satelitów w Europie - m.in komunikacyjnych.

To jest praktyka dosyć częsta - podobnie w niektórych innych projektach mamy w konsorcjum (już poza programem PLIIS) partnerów z listy LSI, czyli Large Satellite Integrators (wśród nich jest między innymi właśnie TAS, a także OHB Systems czy Airbus Defence & Space). Zasada jest ta sama - uwzględniamy integratora na konkretnym etapie realizacji projektu, by zagwarantować, że opracowywana technologia będzie cieszyła się zainteresowaniem instytucjonalnym, jak również właśnie komercyjnym. To pozwala nam zakładać, że konkretne rozwiązanie będzie mogło zostać wykorzystane z pożytkiem dla przemysłu krajowego, jak również zagranicznego.

Wspomniał Pan o innych projektach realizowanych na podobnych zasadach, ale poza PLIIS - jak blisko są one powiązane technologicznie ze sobą? Czy można mówić tutaj o kontynuacjach tego, co wypracowano w ramach projektu GRACE? Mam na myśli na przykład projekt POLON.

Takim swego rodzaju spin-offem (pod kątem wykorzystania podobnego materiału pędnego) są faktycznie nasze projekty dotyczące innych ekologicznych napędów kosmicznych. Częściowo takim projektem jest POLON - choć tak naprawdę technologia samego napędu jest nieco inna, bo POLON dotyczy mniejszych silników i wykorzystuje nadtlenek wodoru jako jednoskładnikowy materiał pędny (bez dodatkowego paliwa).

Co może być wykorzystane z przebiegu GRACE? Mamy tu wiele poszczególnych rozwiązań technicznych, które będziemy mogli stosować w krajowych projektach. Natomiast pod kątem finalnego miejsca zastosowania produktu, to na dzisiaj nie są to platformy krajowe - ponieważ póki co platform komunikacyjnych, ani górnych stopni rakiet na naszym rynku nie wykorzystujemy. Jest tutaj zainteresowanie europejskie - zarówno bezpośredniego wykorzystania w silnikach do tych większych satelitów czy rakiet, jak i zastosowań w programach eksploracji kosmicznej.

image
Dr inż. Adam Okniński - kierownik Zakładu Technologii Kosmicznych w Sieci Badawczej Łukasiewicz-Instytucie Lotnictwa; laureat europejskiej edycji prestiżowego konkursu Forbes „30 under 30” w kategorii „Manufacturing & Industry”. Na co dzień kieruje zespołem ponad 50 inżynierów pracujących nad technologiami kosmicznymi w Łukasiewicz-Instytucie Lotnictwa. Fot. Łukasiewicz-Instytut Lotnictwa

Inna ciekawa technologia, nad którą pracujemy, to silniki pozaziemskich lądowników – można zastosować w nich dokładnie takie same materiały pędne jak w GRACE, czyli ciekłe dwuskładnikowe, z nadtlenkiem wodoru o bardzo wysokim stężeniu jako utleniaczem. Niektóre realizowane przez nas projekty dla ESA i partnerów europejskich są związane właśnie z silnikami do lądowników – księżycowych. W potencjalnych lądownikach księżycowych potrzeba już kilku tysięcy niutonów ciągu i możliwości kontrolowania wartości ciągu w szerokim zakresie, ale wiele technologii pokrywa się z technologiami z GRACE.

Co tutaj warte podkreślenia - mamy zabezpieczony patent na technologię wytwarzania wysoko stężonego nadtlenku wodoru już w ponad 20 krajach świata. Przygotowujemy się, żeby działać na rynku międzynarodowym - w tym przypadku jest to głównie rynek europejski. Cieszymy się, że możemy dążyć do tego celu współpracując między innymi z przedstawicielami polskiego przemysłu. Intensywnie działamy w projektach krajowych i europejskich, mając na celu stopniowy rozwój konkurencyjnych polskich produktów w postaci komponentów systemów napędowych (a docelowo całych systemów w przypadku małych satelitów).

W tym ogólnym wymiarze nie sposób nie zapytać o postępy w programie rozwoju rakiety BURSZTYN - na jakim etapie obecnie jesteśmy, po testach z końca 2019 roku? Co można powiedzieć o dalszych planach - czy szykują nam się tutaj kolejne próby poligonowe?

Pod koniec 2019 roku zakończyliśmy testy BURSZTYNA w wersji podstawowej, natomiast wersja, która aktualnie jest rozwijana to BURSZTYN 2K, czyli nazwą nawiązujący do historycznego Meteora 2K, który był rozwijany w Instytucie. I tak jak ten historyczny Meteor, podobnie BURSZTYN 2K ma być już wersją rakiety, która będzie realizować docelowe misje na wyższym pułapie, czyli do 100 km i wyżej. Dodatkowo będzie to już wersja bardziej dopasowana do potrzeb potencjalnych interesariuszy, pod kątem wynoszenia ładunków użytkowych. Mamy tutaj w szczególności nieco wyższe osiągi, w tym większy udźwig - na tej wersji chcemy realizować kolejne loty, przy czym te najbliższe nie będą jeszcze na pułap 100 km.

Poszczególne systemy we wnętrzu rakiety (stopniu głównym) są modyfikowane i poprawiane pod wieloma względami, przede wszystkim pod kątem masowym, jak i dla usprawnienia dalszego wytwarzania konstrukcji. Największą zmianą widoczną z zewnątrz jest zastosowanie nowych silników pomocniczych - są to dwa silniki boczne, które są wykorzystywane przy samym starcie rakiety, na stały materiał pędny.

image
Rakieta BURSZTYN krótko po starcie - moment separacji silników pomocniczych od członu głównego rakiety. Fot. Łukasiewicz-Instytut Lotnictwa [ilot.lukasiewicz.gov.pl]

Tutaj wykorzystujemy nowe rozwiązanie - są to silniki o większym kalibrze. To głównie one odpowiadają za poprawę osiągów rakiety. Przy tym, nie mogły być testowane od początku rozwoju systemu nośnego - tak naprawdę, lot w oparciu już o same te dwa silniki boczne z poligonu w Drawsku, nawet bez włączania silnika środkowego stopnia hybrydowego sprawiałby, że rakieta mogłaby potencjalnie wylecieć poza obszar zabezpieczonej strefy testów. Tymczasem dla nas najważniejsze jest bezpieczeństwo i wiemy, że musimy działać krok po kroku. Natomiast oczywiście nowe silniki pomocnicze będą, po testach naziemnych i testach na niższych pułapach, wykorzystywane docelowo do lotów na wyższe wysokości.

Jak w przyszłości może wyglądać praktyczne wykorzystanie i użytkowanie tak rozwiniętej rakiety BURSZTYN? Gdzie można spodziewać się prowadzenia wystrzeleń z misjami suborbitalnymi?

Są kosmodromy zagraniczne, w tym liczne europejskie, które zajmują się już obsługą lotów suborbitalnych lub taką działalność planują (łącznie z planami lotów orbitalnych). Natomiast chcielibyśmy, żeby docelowo pewne misje mogły być także realizowane w Polsce. Do tego niezbędna jest współpraca środowiska i specjalne studium, które będzie dotyczyło zarówno bezpieczeństwa, i ewentualnie certyfikacji tego typu rakiet, dopuszczania ich do startów na jasnych zasadach. Jest to ważne dla szeregu krajowych podmiotów zainteresowanych dalszym rozwojem technologii rakiet suborbitalnych.

Oczywiście chcemy tutaj wspólnie działać z innymi podmiotami na arenie polskiej. Polska Agencja Kosmiczna przygotowuje studium dotyczące możliwości realizacji lotów suborbitalnych - w szczególności z polskich poligonów. Mamy więc nadzieję, że do końca tego roku wyjaśnią się sprawy związane z tym, co trzeba będzie zrobić, żeby umożliwić takie starty na większe wysokości w Polsce - czy to będzie 60 km, czy też może w odpowiednich warunkach będą możliwe loty dużo wyższe. Myślę, że to się okaże już niedługo, natomiast na pewno będziemy chcieli, żeby to było realizowane w sposób bezpieczny, a jednocześnie z pożytkiem dla przemysłu i nauki.

Serdecznie dziękuję za rozmowę.


Dr inż. Adam Okniński - kierownik Zakładu Technologii Kosmicznych w Sieci Badawczej Łukasiewicz-Instytucie Lotnictwa; laureat europejskiej edycji prestiżowego konkursu Forbes „30 under 30” w kategorii „Manufacturing & Industry”. Na co dzień kieruje zespołem ponad 50 inżynierów pracujących nad technologiami kosmicznymi w Łukasiewicz-Instytucie Lotnictwa.


image
Z oferty Sklepu Defence24.pl

KomentarzeLiczba komentarzy: 6
Hipopotang
wtorek, 18 maja 2021, 14:10

Mam nadzieję że Polacy nie pójdą w ślady SpaceX, który pomimo MILIONÓW dolarów zainwestowanych w badania i rozwój wciąż rozbija swoje "rakiety" przez nieprawidłową nastawę PID.... DO KSIĄŻEK!

Indyjski wariant
czwartek, 13 maja 2021, 20:07

Wreszcie! Kiedyś się dało. Tak z 50 lat temu. To czemu nie teraz?

wuj-dobra-rada
czwartek, 13 maja 2021, 11:32

Prosty sposób na zwiększenie zasiegu (pułapu) rakiety jest jej strat nie z poziomu morza (np poligon Ustka) ale z platformy położonej wyżej npm. Oczywiście start nie konicznie z Rysów, czy Giewontu (logistyka, park narodowy, kozice, świstaki ...) tych terenów od ok 500 do ok 700 mnpm jest w Polsce całkiem sporo. Poza tym są one położone na mniejszej szerokości geogradicznej. Im wyżej mnpm i bliżej równika tym łatwiej przezwyciężyć przyciąganie ziemskie.

Eytu
środa, 12 maja 2021, 20:37

Na loty suborbitalne , z Polski to nadaje się tylko orbita biegunowa ( z południa na północ). Ziemia obraca się z zachodu na wschód z różną prędkością w zależności od szerokości geograficznej. Aby osiągnąć pierwszą prędkość kosmiczną , trzeba dysponować przynajmniej dwoma stopniami rakiety. Orbita o początkowym południku 19,62 ( dziesiąte i setne stopni w systemie 100) wydaje się najbardziej bezpieczna. Odrzucane stopnie rakiety spadną na Bałtyk, pod warunkiem że start nie odbędzie się gdy wiatr przekroczy 100 km/h i pusty stopień rakiety nie zostanie zrzucony na Sztokholm. O czasie startów trzeba za każdym razem informować Szwedów, aby wiedzieli, że może im w danym czasie coś spaść na głowę dosłownie.

Sceptyk
sobota, 15 maja 2021, 12:37

Tylko po co? Będziemy robić setki startów dla eksperymentów w rakietach sonicznych w chwilowym stanie nieważkości, czy co? Rozumiem, ze ktoś chce rozwijać technikę rakietowa w Polsce, ale jaki jest cel tego tupu działań, i czy jest on opłacalny ekonomicznie. Jedna sprawa są zadania badawczo-rozwojowe a inna regularne starty. Jedno i drugie generuje koszty (różne) i odpowiedzialność państwa za ryzyka. Jeśli idziemy w rakiety w BiR to zapiszmy się do ESA w odpowiedzi program opcjonalny, ale najpierw określmy gdzie chcemy dojść i jak ta technologia będzie się komercjalizować. Jeśli zrobimy inaczej to będzie kolejny Mis na miarę naszych czasów.

Eytu
czwartek, 13 maja 2021, 04:59

Chyba pomyliłem loty . Suborbitalny to krótki lot bez osiągania I prędkości kosmicznej . Tylko jaki jego sens oprócz doskonalenia technologii do lotu orbitalnego?

Tweets Space24