Европа только что завершила первое успешное огневое испытание своего многоразового двигателя Prometheus, интегрированного с демонстратором первой ступени Themis, на площадке ArianeGroup в Верноне, Франция. Горячее огневое испытание 22 июня 2023 длилось 12 секунд.
Эти два компонента являются частью более широкой европейской программы Ariane Next, которая направлена на разработку парка многоразовых ракет, которые станут доступны в 2030-х годах. Эта программа является совместным проектом Европейского космического агентства (ЕКА) и Французского космического агентства (CNES) с ArianeGroup в качестве генерального подрядчика.
Двигатель Prometheus работает на кислороде и метане. Это первое огневое испытание включало использование биометанового топлива, в соответствии с усилиями ArianeGroup в области охраны окружающей среды. В заявлении ArianeGroup говорится, что проведение этих испытаний с Prometheus и Themis показало поведение компонентов, работающих вместе в рамках расширенного профиля миссии.
«Вчерашний тест достиг всех целей тестирования (рабочие точки, продолжительность) и является важной вехой на долгом пути к рабочему продукту, подтверждая жизнеспособность продукта», — сказал NSF Жером Брето, глава отдела будущих космических транспортных систем в ЕКА. Испытания двигателя Prometheus планируется продолжить в конце 2023 года на испытательном стенде Немецкого аэрокосмического центра (DLR) в Лампольдсхаузене, Германия.
В период с 2015 по 2017 год CNES и ArianeGroup разработали идею Prometheus, многоразового ракетного двигателя, работающего на кислороде и метане. Затем, после министерской конференции ESA Space19+ в 2019 году, посвященной предложению технологий запуска «следующего поколения», родилась Themis.
Одно из основных отличий Prometheus от двигателя Vulcain, работающего на кислороде и водороде, который приводил в действие Ariane 5, и Vulcain 2.1, который будет питать Ariane 6, заключается в том, что Prometheus будет сжигать кислород и метан. Переход на метан во многом связан с тем, что он считается более дешевым, более простым в обращении и сохраняет жидкость при той же температуре, что и кислород.
По данным CNES, двигатель можно будет использовать повторно до пяти раз и он сможет развивать тягу до 100 тонн. Хотя двигатель будет обеспечивать меньшую тягу, чем Vulcain 2.1, который развивает 130 тонн в вакууме, метан в шесть раз плотнее водорода и позволит сделать «более компактные» ступени ракеты, которые легче восстановить. Prometheus может повторно зажигаться, что делает его пригодным для использования в активной зоне, ракете-носителе и верхних ступенях. По словам Брето, этот двигатель также может служить предшественником улучшений Vulcain 2.1.
«С экономической точки зрения Prometheus стремится снизить производственные затраты в десять раз по сравнению с двигателем Vulcain, стоимость которого составляет 1 миллион евро, благодаря другой архитектуре, широкому использованию 3D-печати и производительности 50 двигателей в год», — сообщает CNES.
«С точки зрения графика, цель состоит в том, чтобы к 2030 году оборудовать нижнюю (демонстратором Themis) и верхнюю ступени будущей линейки европейских пусковых установок — от микропусковых установок до Ariane Next».
Двигатель Prometheus впервые успешно испытали в ноябре 2022 года в рамках подготовки к будущим огневым испытаниям. Что касается Themis, то начало работы над этой ступенью ЕКА начало в декабре 2020 года после подписания контракта с ArianeGroup на 33 миллиона евро для «начальной фазы Themis».
По данным ESA, «начальная фаза Themis» соответствует графику проекта с 2020 по 2025 год, когда должны будут завершены базовые этапы испытаний, включающие испытания наполнения резервуаров и наземного вспомогательного оборудования, а затем испытания двигателя Prometheus в 2021 году. Ожидалось, что в 2022 году будут проведены испытания демонстратора Themis на малой высоте, после чего в 2023 и 2024 годах будут проведены первые полетные и петлевые испытания из Космического центра Эсрейндж, Швеция. В 2025 году ЕКА планирует провести полномасштабные испытания.
Эта серия прыжковых испытаний будет похожа на демонстрационные аппараты SpaceX Grasshopper и Falcon 9R-Dev, которые выполняли вертикальный взлет и посадку меньшего масштаба и давали представление о производительности ускорителей во время управляемой посадки. В то время как Themis завершила испытания бака в декабре 2021 года, последние огневые испытания немного отстают от графика в соответствии с графиком проекта, но Брето утверждает, что Prometheus будет готов к применению к концу 2025 года.
Следующая тестовая кампания Themis в Швеции является частью программы Европейского союза Horizon Europe Технологии и операции многоразовых стратегических космических ракет-носителей (reusable strategic space launcher technologies and operations, SALTO). В июле 2022 года ЕС выбрал ArianeGroup для наблюдения как за проектом SALTO, так и за проектом ENLIGHTEN (European iNitiative for Low cost, Innovative & Green High Thrust Engine, Европейская инициатива по созданию недорогих, инновационных и экологически чистых двигателей большой тяги), который предназначен для разработки и производства многоразовых двигателей, следующих за Prometheus.
Шаги Европы к устойчивому космосу
Учитывая планы Европы стать углеродно-нейтральной к 2050 году, ЕКА также предприняло шаги по сокращению своего углеродного следа, а возможность повторного использования ступеней ракет была признана действенным методом снижения воздействия индустрии запуска на окружающую среду. Хотя до того, как транспортные средства Ariane Next поступят в эксплуатацию, может пройти еще десять лет, эта технология обеспечит Европе необходимую конкуренцию между другими многоразовыми вариантами.
Европейская космическая отрасль также ищет другие способы поддержки устойчивого сектора. В 2020 году ESA и CNES объявили, что агентства будут работать вместе, чтобы перейти на возобновляемые источники энергии в Centre Spatial Guyanais (CSG) в Куру, Французская Гвиана. Энергетический переход сократит расходы и уменьшит зависимость от энергосистемы Французской Гвианы. ESA объявило, что построит солнечные поля и два блока биомассы, которые могут сэкономить до 50 ГВтч в год, сократив углеродный след примерно на 45 000 тонн двуокиси углерода (CO2).
В феврале 2023 года Франция начала лоббировать в ЕС субсидии, которые позволили бы стране строить электростанции на биомассе во Французской Гвиане, несмотря на сильное сопротивление со стороны экологических организаций.
Совсем недавно ЕКА объявило об инициативе Zero Debris Charter во время Парижского авиасалона при поддержке Airbus Defence and Space, OHB и Thales Alenia Space. Инициатива направлена на поощрение государств-членов к внедрению «подхода к нулевому мусору для своих миссий».
ESA и CNES также работали над другими проектами повторного использования, включая FROG и CALLISTO. FROG была небольшой демонстрационной миссией для проверки вертикальной посадки ступени ракеты. В 2019 году 2,5-метровая ракета выполнила серию испытательных полетов, в основном направленных на тестирование программного обеспечения GNC (наведение, навигация и управление).
CALLISTO (Совместное действие, ведущее к инновациям в пусковых установках в операциях возврата ступеней) — это полностью многоразовая ракета высотой 15 метров, предназначенная для полетов в качестве демонстрационной ракеты, в основном предназначенная для тестирования технологий возвращения пусковой установки на Землю. Миссия осуществляется совместно с Японским агентством аэрокосмических исследований (JAXA) и Немецким космическим агентством (DLR) и должна была стартовать в 2022 году, но дальнейших обновлений не поступало.
