W Warszawie zakończono pierwszą fazę testów nowego silnika rakietowego o zmiennym ciągu wykonywanych w ramach programu ESA Future Launchers Preparatory Programme (FLPP). Silnik jest opracowywany przez polskie konsorcjum badające nowe konstrukcje zaworów i wtryskiwaczy paliwa, które mogą zmieniać ciąg silników rakietowych zasilanych bardziej zrównoważonymi i łatwymi do przechowywania materiałami pędnymi. Takie silniki mają ogromny potencjał do wykorzystania w przyszłych misjach kosmicznych i rakietach wielokrotnego użytku.

Projekt TLPD – ESA

Nowy silnik o nazwie Throttleable Liquid Propulsion Demonstrator (TLPD) jest obecnie demontowany i sprawdzany przed rozpoczęciem kolejnej fazy testów. Wyniki przeprowadzonych testów są analizowane w siedzibie głównego wykonawcy Sieci Badawczej Łukasiewicz – Instytutu Lotnictwa, wraz z firmami partnerującymi Astroniką i Jakusz SpaceTech.

Trwałe ciekłe materiały pędne

Silnik z przepustnicą zawiera nowo zaprojektowany wtryskiwacz paliwa i zawory sterujące. Ciąg silnika wynoszący 5 kN wystarczy do górnego stopnia mniejszych rakiet, pojazdów kosmicznych, stopni startowych rakiet nośnych i misji eksploracyjnych.. Możliwość modyfikacji jego ciągu sprawia, że jest on również bardzo interesujący do lądowania statków kosmicznych na Ziemi, Księżycu i poza nim.   Dla porównania ciąg silnika górnego stopnia Ariane 6 wynosił 180 kN.

Nowy silnik rakietowy jest zasilany nadtlenkiem wodoru i etanolem, które są bezpieczniejsze i mniej toksyczne niż inne obecnie używane (takie jak hydrazyna i czterotlenek azotu). W porównaniu z kriogenicznymi materiałami pędnymi, takimi jak ciekły tlen i wodór, możliwe do przechowywania materiały pędne nie wymagają aktywnych środków chłodzenia i nie zmniejszają się między kolejnymi odpaleniami silnika. Silniki rakietowe zasilane materiałami pędnymi nadającymi się do przechowywania mogą mieć długi czas życia w przestrzeni kosmicznej i są łatwe do niezawodnego i wielokrotnego zapłonu podczas misji trwających wiele miesięcy. Kriogeniczne materiały pędne również wymagają energii do rozpoczęcia spalania, dostarczanej przez „zapalnik”, podczas gdy materiały pędne TLPD zapalają się w kontakcie ze sobą, dzięki czemu silnik jest prostszy i bardziej niezawodny.

https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Videos/2024/08/New_variable_engine_undergoes_dynamic_testing

Serce: nowe elektronicznie sterowane zawory i wtryskiwacz paliwa

Głównym celem obecnego projektu silnika dławionego jest przetestowanie nowo opracowanego systemu zaworów i ruchomego wtryskiwacza „pintle” – typu wtryskiwacza paliwa stosowanego w silnikach rakietowych „bipropellant” – sterowanych przez system elektroniczny.

Zawory zapewniają odpowiedni przepływ paliwa do komory spalania – im wyższy, tym większy ciąg. Wtryskiwacz paliwa miesza dwa materiały pędne (paliwo etanolowe i utleniacz nadtlenku wodoru), gdy są one wtryskiwane pod wysokim ciśnieniem do komory. Zawory zapewniają utrzymywanie stabilnego spalania z zachowaniem pełnej kontroli tego procesu.

Dalej: pełny gaz

Silnik TLPD został zaprojektowany tak, aby można było sterować jego ciąg w zakresie od 20% do 110% jego optymalnego poziomu. Takie „głębokie” dławienie, tj. zdolność do rzeczywistej zmiany mocy silnika, jest niezbędne do lądowania stopni rakietowych na Ziemi lub statków kosmicznych na Księżycu lub innych ciałach planetarnych.

Testy hot fire, które właśnie zakończyły się w fazie A, były pierwotnie planowane jako czysto statyczne, testujące zdolność silnika do odpalania ze stałą prędkością. Silnik został odpalony 17 razy na czas do 10 sekund, podczas gdy ilość paliwa i utleniacza była utrzymywana na stałym poziomie.

Wstępne wyniki były tak obiecujące, że zespoły zdecydowały się przejść do kolejnej fazy wcześniej niż planowano – dynamicznego tłumienia. Silnik został ponownie uruchomiony dwukrotnie, za każdym razem na 15 sekund, podczas których siła ciągu została zmieniona do 20% i do 80% optymalnego poziomu.

Po przeanalizowaniu wyników, silnik TLPD zostanie ponownie zamontowany i rozpocznie się pełny zakres planowanych testów dynamicznych, z jeszcze dłuższym czasem odpalania. Oczekuje się, że ten zestaw testów rozpocznie się w październiku i naprawdę przetestuje „przepustowość’ silnika.

ESA’s Future Launchers Preparatory Programme i Lukasiewicz-ILOT prowadzą obecnie rozmowy na temat kontynuacji projektu, opierając się na wynikach testów i pracując nad projektem silnika lotniczego z możliwością regulacji ciągu.

Źródło: ESA