Technologie lotnicze i kosmiczne z udziałem polskich inżynierów

12 kwietnia obchodzimy Międzynarodowy Dzień Lotnictwa i Kosmonautyki, który został ustanowiony na pamiątkę pierwszego lotu człowieka w kosmos oraz Międzynarodowy Dzień Załogowych Lotów Kosmicznych.

Technologie lotnicze i kosmiczne rozwijają się obecnie w zupełnie nowych kierunkach – opracowywane są nowe, bardziej zaawansowane wersje statków powietrznych oraz komponenty, które służą m.in. eksploracji Marsa. Nad wieloma z nich prowadzone są prace badawcze na poziomie ogólnoeuropejskim, w które zaangażowany jest Łukasiewicz – Instytut Lotnictwa.

Przykładem takich projektów są TRAIL i LATTE, które mają strategiczne znaczenie dla rozwoju lotnictwa. W ramach tych projektów rozwijany jest szybki śmigłowiec RACER oraz NGCTR TD, który jest zaawansowaną wersją samolotu zmiennowirnikowego (tiltrotor) nowej generacji.

Gondole silnikowe

TRAIL to projekt współfinansowany ze środków Komisji Europejskiej w ramach programu Clean Sky 2. Konsorcjum projektu, którego pracami koordynował Łukasiewicz – Instytut Lotnictwa, miało za zadanie zaprojektować, przetestować i dostarczyć gondole silnikowe wraz z zawieszeniem silnika dla demonstratora technologii innowacyjnego statku powietrznego w układzie mieszanym (NGCTR TD – Next Generation Civil TiltRotor Technology Demonstrator) rozwijanego przez Leonardo Helicopters.

– Celem projektu jest minimalizacja emisji CO2, zmniejszenie emisji hałasu i obniżenie kosztów użytkowania, przy jednoczesnej maksymalizacji szybkości, wydajności i produktywności. Naszą rolą było dostarczenie najnowocześniejszych rozwiązań dla gondol silnikowych. Gondole zostały wykonane z kompozytów, które są stosowane w lotnictwie. Opracowano również nowatorskie ściany ogniowe oraz rozwiązania tłumiące drgania i hałas – tłumaczy Marek Tabor, kierownik projektu TRAIL w Łukasiewicz – Instytucie Lotnictwa.

Demonstrator posiada znaczące ulepszenia w porównaniu z obecnymi, najnowocześniejszymi zmiennowirnikowcami (tiltrotors). Technologie zastosowane w NGCTR TD będzie można w przyszłości skalować do statków powietrznych o różnych rozmiarach, zgodnie z wymaganiami rynku.

Szybki śmigłowiec RACER

Ciekawym przedsięwzięciem jest również projekt LATTE (program Clean Sky 2), którego celem jest skonstruowanie i wdrożenie do produkcji szybkiego śmigłowca w układzie mieszanym LifeRCraft (RACER w nomenklaturze producenta). Projekt jest rozwijany przez Airbus Helicopters, a prace badawcze nad nim były prowadzone między innymi w Polsce, w konsorcjum z  Czechami. Poprawa parametrów osiągowych, środowiskowych i akustycznych jest kluczowym obszarem zainteresowania programu demonstracyjnego RACER. Dużą rolę w programie odgrywa optymalizacja aerodynamiczna, która może przynieść oszczędności np. w spalaniu paliwa, przyczyniając się tym samym do zmniejszenia śladu węglowego. Za jakie zadania odpowiadał zespół polskich inżynierów?

– Naszą rolą w projekcie było wykonanie osłon głowicy wirnika nośnego. Aby zmniejszyć opór powietrza, ich kształt został zoptymalizowany pod względem aerodynamicznym. Wdrożyliśmy także innowacyjny system uszczelnienia powietrznego między ruchomymi elementami osłony – mówi Rafał Żurawski, kierownik projektu LATTE po stronie Łukasiewicz – Instytutu Lotnictwa.

Marsjański napęd rakietowy

Naukowcy Łukasiewicz – Instytutu Lotnictwa rozwijają także innowacyjne napędy rakietowe. Prace realizowane są w ramach projektu CHAD (Investigation of Lox-CO propellant combustion and production for future Mars mission applications), który finansuje Europejska Agencja Kosmiczna (ESA). Projekt CHAD zakłada zaplanowanie misji powrotnej z powierzchni na orbitę Marsa oraz zaprojektowanie i przetestowanie demonstratora nowatorskiego silnika rakietowego, zasilanego materiałami pędnymi wyprodukowanymi właśnie z atmosfery Marsa.

– W ramach projektu zaprojektujemy oraz przetestujemy demonstrator silnika rakietowego wykorzystujący ciekły tlen i ciekły tlenek węgla jako materiały pędne. Przeprowadzimy także testy gorące silnika i wyznaczymy jego osiągi, procedury pracy oraz nakreślimy dalsze kierunki rozwoju technologii – objaśnia Aleksander Gorgeri, kierownik projektu CHAD z Centrum Technologii Kosmicznych w Łukasiewicz – Instytucie Lotnictwa.

Silnik do napędów satelitarnych

Rozwój silnika do napędów satelitarnych jest realizowany w ramach projektu GRACE, finansowanego z polskiej składki do Europejskiej Agencji Kosmicznej. W projekcie zostały zastosowane tzw. zielone materiały pędne, w tym wysoko stężony nadtlenek wodoru (98%), którego technologia otrzymywania została opracowana przez Instytut.

– Aktualnie jesteśmy na poziomie weryfikacji modelu inżynieryjnego silnika. Przeprowadziliśmy doświadczenia w środowisku ziemskim. Natomiast sam silnik jest zaprojektowany do pracy w bardzo wymagającym środowisku kosmicznym. Następnym krokiem będzie wykonanie silnika w wersji zbliżonej do lotnej oraz kolejne testy weryfikacyjne w warunkach próżni – wyjaśnia Paweł Surmacz, kierownik projektu GRACE, Łukasiewicz – Instytut Lotnictwa.

Silnik może być wykorzystywany zarówno w przyszłych platformach kosmicznych, realizujących wymagające misje, w tym serwisowe, jak również ostatnich stopniach małych rakiet nośnych (tzw. kick-stage). Instytut współpracuje nad zastosowaniem zarówno tego silnika, jak również innych własnych rozwiązań napędowych, w pojeździe kosmicznym przeznaczonym do wykonywania regularnych misji serwisowych w przestrzeni wokółziemskiej.

Kosmiczne śmieci

Problem śmieci kosmicznych jest zagrożeniem przede wszystkim dla przyszłej eksploracji kosmosu, a w szczególności orbity okołoziemskiej, co nie znaczy, że nie powinniśmy z nim walczyć już teraz. Obecnie, liczba śmieci na orbicie nie jest na tyle duża, aby uniemożliwiała bezpieczną operację satelitów. Śmieci kosmiczne mogą przyczyniać się jednak do skracania ich czasu operacji.

W przypadku satelitów, których serwisowanie byłoby niemożliwe lub nieopłacalne, wskazane jest usunięcie ich z orbity w odpowiednio krótkim czasie. W tym celu mogą one zostać wyposażone w urządzenia pozwalające na skrócenie ich czasu pobytu na orbicie po zakończeniu misji. Przykładem takiego systemu jest rozwijany w Łukasiewicz – Instytucie Lotnictwa silnik deorbitacyjny na stały materiał pędny wraz z systemem wektorowania ciągu, który byłby montowany na satelitach jeszcze przed wyniesieniem ich na orbitę i pozwalałby na bezpieczne usunięcie ich z orbity po zakończeniu misji.

– Rozwój technologii oraz przeprowadzanie misji demonstracyjnych związanych z serwisowaniem na orbicie oraz usuwaniem satelitów z orbity jest kluczowe dla rozwiązania problemu śmieci kosmicznych. Udane demonstracje mogą zachęcić operatorów satelitarnych do wdrażania tych rozwiązań we własnych satelitach –  twierdzi Mateusz Krasuski z Centrum Technologii Kosmicznych w Łukasiewicz – Instytucie Lotnictwa.