Elementy silników potencjalnych lądowników księżycowych i planetarnych będą badać naukowcy z Łukasiewicz – Instytutu Lotnictwa w ramach projektu dla Europejskiej Agencji Kosmicznej. Dysze typu aerospike mogą być sposobem na obejście ograniczeń związanych z klasycznymi dyszami dzwonowymi, które obecnie są powszechnie stosowane w przemyśle rakietowym i kosmicznym.
Powszechnie stosowane w przemyśle rakietowym i kosmicznym dysze dzwonowe projektowane są do zastosowań w konkretnych warunkach ciśnienia otoczenia, poza którymi ich sprawność spada. Tymczasem dysze aerospike odznaczają się wysoką sprawnością w szerokim zakresie ciśnienia otoczenia. Jest to ważne w przypadku napędów kosmicznych, szczególnie dla lądowników planetarnych.
Wyzwania technologiczne
Klasyczna dysza dzwonowa do zastosowań w próżni (np. w lądowniku księżycowym) albo w rzadkiej atmosferze (np. w lądownikach planetarnych w rozważanej przez różne kraje misji marsjańskiej) miałaby pokaźne rozmiary. Tymczasem dysza aerospike działa inaczej: o ile w dyszy dzwonowej przepływ gazów wylotowych ograniczony jest płaszczem zewnętrznym dyszy, o tyle w dyszach aerospike wykorzystuje się zakończenie dyszy w kształcie stożka, a nie dzwonu, co w większej mierze kompensuje spadek mocy silnika przy zmianach ciśnienia. Zakres zmiany ciśnienia, w którym pracują silniki lądownika, jest szczególnie duży w przypadku lądowników planetarnych, gdyż taki silnik musi działać w próżni oraz na różnych wysokościach w atmosferze.
Silniki z dyszami aerospike wydają się być odpowiedzią na takie wyzwania, ale oczywiście także ta konstrukcja niesie ze sobą ważne problemy technologiczne, które muszą zostać rozwiązane. Szczególnie ważne jest wydajne chłodzenie takich konstrukcji oraz zapewnienie możliwości zmian ciągu w czasie. To właśnie główne, choć nie jedyne wyzwania, przed którymi stoją inżynierowie w konsorcjum pracującym nad napędem z dyszami aerospike.
W trakcie prac przejrzane i ocenione będą znane rozwiązania koncepcyjne, zarówno już istniejące, jak i te, które powstaną w trakcie tego projektu. Ocenie poddane będą nie tylko same rozwiązania technologiczne, ale także oszacowane zostaną koszty ich wykonania.
Efektem programu ma być projekt demonstratora, który będzie najbardziej zbieżny z wymaganiami dla silników lądowników. Demonstrator napędzany będzie ciekłym tlenem i ciekłym metanem, a oczekiwany ciąg takiego silnika ma zawierać się w przedziale 5–6 kN. Testy tej konstrukcji odbędą się w hamowni Niemieckiej Agencji Kosmicznej (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt), gdzie w praktyczny sposób zweryfikowane będzie spełnienie założeń projektu.
Konsorcjum, czyli praca zespołowa
Projekt opracowania i przebadania demonstratora silnika rakietowego z dyszą typu aerospike jest skomplikowanym przedsięwzięciem, w którym bierze udział kilka specjalistycznych podmiotów. Całość została zlecona przez Europejską Agencję Kosmiczną (European Space Agency), a wszelkie prace wykona międzynarodowe konsorcjum, którego liderem jest Technische Universität Dresden. Z naukowcami Łukasiewicz – Instytutu Lotnictwa współpracować będą zespoły z dwóch instytutów Fraunhofera: Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU (Fraunhofer Institute for Machine Tools and Forming Technology) oraz Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT (Fraunhofer Institute for Laser Technology), a całość dopełnią testy w hamowni Niemieckiej Agencji Kosmicznej.
źródło: Łukasiewicz