Європа щойно завершила перше успішне вогневе випробування свого багаторазового двигуна Prometheus, інтегрованого з демонстратором першого ступеня Themis, на майданчику ArianeGroup у Верноні, Франція. Гаряче вогневе випробування 22 червня 2023 року тривало 12 секунд.
Ці два компоненти є частиною ширшої європейської програми Ariane Next, яка спрямована на розробку парку багаторазових ракет, які стануть доступними у 2030-х роках. Ця програма є спільним проектом Європейського космічного агентства (ЄКА) та Французького космічного агентства (CNES) з ArianeGroup як генеральний підрядник.
Двигун Prometheus працює на кисні та метані. Це перше вогневе випробування включало використання біометанового палива відповідно до зусиль ArianeGroup в галузі охорони навколишнього середовища. У заяві ArianeGroup говориться, що проведення цих випробувань з Prometheus та Themis показало поведінку компонентів, що працюють разом у рамках розширеного профілю місії.
«Учорашній тест досяг усіх цілей тестування (робочі точки, тривалість) і є важливою віхою на довгому шляху до робочого продукту, підтверджуючи життєздатність продукту», — сказав NSF Жером Брето, голова відділу майбутніх космічних транспортних систем ЄКА. Випробування двигуна Prometheus планується продовжити наприкінці 2023 року на випробувальному стенді Німецького аерокосмічного центру (DLR) у Лампольдсхаузені, Німеччина.
У період з 2015 по 2017 рік CNES та ArianeGroup розробили ідею Prometheus, багаторазового ракетного двигуна, що працює на кисні та метані. Потім, після міністерської конференції ESA Space19+ у 2019 році, присвяченій пропозиції технологій запуску «наступного покоління», народилася Themis.
Одна з основних відмінностей Prometheus від двигуна Vulcain, що працює на кисні і водні, який приводив у дію Ariane 5, і Vulcain 2.1, який живитиме Ariane 6, полягає в тому, що Prometheus спалюватиме кисень і метан. Перехід на метан багато в чому пов'язаний з тим, що він вважається дешевшим, більш простим у використанні і зберігає рідину за тієї ж температури, що й кисень.
За даними CNES, двигун можна буде використовувати повторно до п'яти разів і зможе розвивати тягу до 100 тонн. Хоча двигун забезпечуватиме меншу тягу, ніж Vulcain 2.1, який розвиває 130 тонн у вакуумі, метан у шість разів щільніший за водень і дозволить зробити «компактніші» щаблі ракети, які легше відновити. Prometheus може повторно запалюватися, що робить його придатним для використання в активній зоні, ракеті-носії та верхніх щаблях. За словами Брето, цей двигун також може бути попередником покращень Vulcain 2.1.
«З економічної точки зору Prometheus прагне знизити виробничі витрати вдесятеро порівняно з двигуном Vulcain, вартість якого становить 1 мільйон євро, завдяки іншій архітектурі, широкому використанню 3D-друку та продуктивності 50 двигунів на рік», — повідомляє CNES.
«З погляду графіка, мета полягає в тому, щоб до 2030 року обладнати нижню (демонстратором Themis) і верхній щабель майбутньої лінійки європейських пускових установок — від мікропускових установок до Ariane Next».
Двигун Prometheus вперше успішно випробували у листопаді 2022 року в рамках підготовки до майбутніх вогневих випробувань. Щодо Themis, то початок роботи над цим щаблем ЕКА розпочав у грудні 2020 року після підписання контракту з ArianeGroup на 33 мільйони євро для «початкової фази Themis».
За даними ESA, «початкова фаза Themis» відповідає графіку проекту з 2020 по 2025 рік, коли повинні буде завершено базові етапи випробувань, що включають випробування наповнення резервуарів і наземного допоміжного обладнання, а потім випробування двигуна Prometheus у 2021 році. Очікувалося, що у 2022 році будуть проведені випробування демонстратора Themis на малій висоті, після чого у 2023 та 2024 роках будуть проведені перші польотні та петлеві випробування з Космічного центру Есрейндж, Швеція. 2025 року ЄКА планує провести повномасштабні випробування.
Ця серія стрибкових випробувань буде схожа на демонстраційні апарати SpaceX Grasshopper та Falcon 9R-Dev, які виконували вертикальний зліт та посадку меншого масштабу та давали уявлення про продуктивність прискорювачів під час керованої посадки. У той час, як Themis завершила випробування бака в грудні 2021 року, останні вогневі випробування трохи відстають від графіка відповідно до графіка проекту, але Брето стверджує, що Prometheus буде готовий до застосування до кінця 2025 року.
Наступна тестова кампанія Themis у Швеції є частиною програми Європейського союзу Horizon Europe Технології та операції багаторазових стратегічних космічних ракет-носіїв. У липні 2022 року ЄС вибрав ArianeGroup для спостереження як за проектом SALTO, так і за проектом ENLIGHTEN (European iNitiative for Low cost, Innovative & Green High Thrust Engine, Європейська ініціатива зі створення недорогих, інноваційних та екологічно чистих двигунів великої тяги) призначений для розробки та виробництва багаторазових двигунів, що йдуть за Prometheus.
Кроки Європи до сталого космосу
З огляду на плани Європи стати вуглецево-нейтральною до 2050 року, ЄКА також зробила кроки зі скорочення свого вуглецевого сліду, а можливість повторного використання щаблів ракет була визнана дієвим методом зниження впливу індустрії запуску на навколишнє середовище. Хоча до того, як транспортні засоби Ariane Next надійдуть в експлуатацію, може пройти ще десять років, ця технологія забезпечить Європі потрібну конкуренцію між іншими багаторазовими варіантами.
Європейська космічна галузь також шукає інші способи підтримки сталого сектора. У 2020 році ESA і CNES оголосили, що агентства працюватимуть разом, щоб перейти на відновлювані джерела енергії в Centre Spatial Guyanais (CSG) у Куру, Французька Гвіана. Енергетичний перехід скоротить витрати та зменшить залежність від енергосистеми Французької Гвіани. ESA оголосило, що побудує сонячні поля та два блоки біомаси, які можуть заощадити до 50 ГВтч на рік, скоротивши вуглецевий слід приблизно на 45 000 тонн двоокису вуглецю (CO2).
У лютому 2023 року Франція почала лобіювати в ЄС субсидії, які б дозволили країні будувати електростанції на біомасі у Французькій Гвіані, незважаючи на сильний опір з боку екологічних організацій.
Зовсім нещодавно ЄКА оголосило про ініціативу Zero Debris Charter під час Паризького авіасалону за підтримки Airbus Defence and Space, OHB та Thales Alenia Space. Ініціатива спрямована на заохочення держав-членів до впровадження «підходу до нульового сміття для своїх місій».
ESA та CNES також працювали над іншими проектами повторного використання, включаючи FROG та CALLISTO. FROG була невеликою демонстраційною місією для перевірки вертикальної посадки щаблі ракети. У 2019 році 2,5-метрова ракета виконала серію випробувальних польотів, переважно спрямованих на тестування програмного забезпечення GNC (наведення, навігація та управління).
CALLISTO (Спільна дія, що веде до інновацій у пускових установках в операціях повернення щаблів) - це повністю багаторазова ракета висотою 15 метрів, призначена для польотів як демонстраційна ракета, в основному призначена для тестування технологій повернення пускової установки на Землю. Місія здійснюється спільно з Японським агентством аерокосмічних досліджень (JAXA) та Німецьким космічним агентством (DLR) і мала стартувати в 2022 році, але подальших оновлень не надходило.
