Nasa, U.S. Air Force i dwaj potentaci przemysłu kosmicznego zakończyli testy dwóch kluczowych komponentów silnika rakietowego nowej generacji. Nowa turbopompa do ciekłego wodoru i unikalny system wczesnego spalania mogą za kilka lat stać się standardem w amerykańskich misjach kosmicznych.

Testy dwóch prototypowych układów są częścią projektu Integrated Powerhead Demonstrator (IPD). IPD to projekt łączący programy Next Generation Launch Technology NASA i Integrated High Payoff Rocket Propulsion Technologies U.S Air Force. Swój udział w IPD mają też prywatni przedsiębiorcy.

Serię testów turbopompy zakończł 29 października 2003 roku oddział Boeinga, mieszczący się w Canoga Park. Zadaniem turbopompy w silniku tego typu jest dostarczanie pod dużym ciśnieniem wodoru do komory spalania. Umożliwia to zapłon i generowany jest ciąg. Turbopompa działa dzięki gorącym gazom, wytwarzanym przez system wczesnego spalania. Rozgrzany gaz przepływający przez łopatki turbiny powoduje, że obraca się ona z częstotliwością ponad 50 000 obrotów na minutę. Obroty turbiny powodują, że wirnik zamocowany na przeciwnym końcu osi niż turbina pompuje wodór pod ciśnienie m nieco ponad 4,5 miliona paskali. Taka wartość ciśnienia wpompowanego paliwa przelicza się na ponad dwa miliony paskali ciśnienia gazów w komorze spalania. Gazy te następnie wyrzucane są przez dyszę dając w efekcie ponad milion niutonów ciągu.

Podstawowym czynnikiem limitującym efektywność silników rakietowych jest ich zużycie. Obecnie testowany silnik ma posłużyć w 200 misjach zanim zostanie wycofany. Dla porównania obecnie wykorzystywanie silniki rakietowe wielokrotnego użytku przestają nadawać się do lotów już po 20 startach.

„Jesteśmy bardzo zadowoleni z wyników testów turbopompy” – mówi Don McAlister, szef programu IPD w laboratorium Boeinga Rocketdyne. – „Osiągneliśmy wszystko, co zaplanowaliśmy i zdobyliśmy kilka bezcennych informacji, które będą przydatne podczas dalszej pracy. Teraz, gdy przebadaliśmy samą pompę, możemy spokojnie przejść do testów całego silnika„.

Testowanie systemu wczesnego spalania zakończono 28 października 2003 roku w ośrodku należącym do projektanta układu, Aerojet Corporation. To właśnie ten element silnika zapoczątkowuje zapłon. Energię czerpie ze spalania mieszanki, której lwią część stanowi tlen i śladowe ilości wodoru. Rozgrzany gaz z tego urządzenia trafia do komory spalania, gdzie uczestniczy we właściwym procesie wytwarzania ciągu.

Aerojet

Widoczna jest tutaj część silnika rakietowego na paliwo ciekłe, a dokładniej system napędzający turbinę, która pompuje ciekły wodór do komory spalania. Działa on na zasadzie spalania tlenu. Zapłon tlenu w tym układzie jest czynnikiem powodującym przepływ właściwego paliwa do komory spalania – stąd nazwa system wczesnego spalania.

Poddawany testom system wczesnego spalania jest pierwszym zdatnym do użytku zasilanym tlenem układem tego typu, jaki kiedykolwiek zastosowano na tak dużą skalę. Dzięki zastosowaniu bogetaj w tlen mieszanki naukowcy mają nadzieję wydatnie zwiększyć niezawodność napędu. Ryzyko rozszczelnienia połączenia pomiędzy systemem wczesnego spalania zmniejszając zagrożenie przecieku rozgrzanego gazu do turbiny i przedwczesnego zapłonu.

„Jesteśmy bardzo podekscytowani wynikami, jakie otrzymaliśmy podczas testów układu” – mówi Robert Werling, szef projektu w Aerojet. – „Udało się nam osiągnąć temperaturę konieczną do działania turbiny, a jednocześnie wytworzyliśmy moc spełniające wymogi wydajności stawiane przed nowym silnikiem„.

Zakończone pod koniec października testy są pierwszą próbą zbudowania napędu bezpiecznego, wydajnego i mało inwazyjnego dla środowiska opartego o technologię wczesnego spalania mieszanki tlenowo-wodorowej.

„Pomyślne rezultaty obu testów oznaczają, że jesteśmy o dwa kroki bliżej do pełnowymiarowego rozruchu całego systemu IPD” – powiedział Jeffrey Thornburg, szef projektu IPD w Air Force Research Laboratory. – „Jest to przykład owocnej współpracy między NASA, Air Force i przemysłem. Udało nam się przezwyciężyć bardzo wiele poważnych problemów i jesteśmy na najlepszej drodze do zbudowania solidnego, silnego napędu„.

Integrated Powerhead Demonstrator jest czołowym przedsięwzięciem NASA w ramach programu Next Generation Launch Technology. NASA wiąże z nim nadzieje na obniżenie kosztów wynoszenia ładunków na orbitę i zwiększenie sprawności całego procesu. W ogólnym zamyśle projektantów loty kosmiczne mają zacząć przypominać obecne loty samolotowe. Air Force ze swojej strony planuje zastosowanie osiągnięć projektu IPD do spotęgowania sprawności swoich systemów napędu rakietowego i wykorzystanie ich do celów tak militarnych, jak cywilnych. Testy całego silnika IPD mają rozpocząć się pod koniec roku 2004 w należącym do NASA ośrodku Stennis Space Center.