Rakietowy wyścig Łódź - Gdynia. Czyja rakieta pierwsza dotrze do progu kosmosu?

Jesienią tego roku dwie polskie rakiety suborbitalne mają wzlecieć na wysokość stu kilometrów. To tak zwana linia Karmana, przyjmowana umownie za granicę kosmosu. Byłby to milowy krok w rozwoju polskiej technologii rakietowych i kosmicznych.

Rakiety budują zupełnie różne podmioty. Pierwszą, Trójstopniową Rakietę Suborbitalną, buduje konsorcjum, w skład którego wchodzą Wojskowe Zakłady Lotnicze nr 1 w Łodzi jako lider, Wojskowy Instytut Techniczny Uzbrojenia oraz Zakład Produkcji Specjalnej GAMRAT S.A. Celem jest opracowanie i wykonanie trójstopniowej odzyskiwalnej nośnej rakiety suborbitalnej, a w efekcie przeprowadzenie demonstracyjnego lotu ponad linię Kármána na wysokość 100 km z ładunkiem o masie 40 kg.

Rozpoczęty w 2020 roku projekt jest współfinansowany przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój 2014-2020 na podstawie konkursu Narodowego Centrum Badań i Rozwoju (NCBR): Szybka Ścieżka „Technologie Kosmiczne”.

Rakietę Perun buduje spółka SpaceForest z Gdyni w ramach projektu „Suborbitalna niedroga rakieta”, współfinansowanego ze środków tego samego funduszu unijnego, co rakieta łódzka. W przeciwieństwie do łódzkiego (umownie) projektu, Perun to przedsięwzięcie komercyjne. Rakieta ma też zabierać nieco większy ładunek – do 50 kilogramów.

Jego cel spółka SpaceForest definiuje w ten sposób: „Głównym celem takiej rakiety jest stworzenie przez kilka minut warunków mikro-grawitacji, czyli warunków jak najbardziej zbliżonych do stanu nieważkości. Gdy wyślemy w zamkniętej komorze ładunek, na przykład urządzenie czy mini laboratorium do przeprowadzenia eksperymentu to okaże się, że przez pewien czas na taki ładunek nie działają bezpośrednio żadne siły zewnętrzne i znajduje się w stanie porównywalnym do tego, który obserwujemy np. na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. W przypadku rakiety PERUN taki stan ma trwać nawet 5 minut, a jest to wystarczająca ilość czasu na przetestowanie różnego rodzaju zjawisk. Przy nieporównywalnie niższych kosztach takiej operacji. Takie misje regularne przeprowadzane są na całym świecie, a ilość firm świadczących takie usługi dość deficytowa.”

Obydwie rakiety mają mieć charakter badawczy, przy czym Perun nastawiony raczej na usługi komercyjne. Trudno jednak nie zadać sobie pytania, czy testowane rakiety mogą znaleźć zastosowanie w wojsku.

Marcin Sarnowski, dyrektor sprzedaży i marketingu w SpaceForest, w przypadku Peruna widzi to tak: – W ograniczonym zakresie rakieta Perun mogłaby być wykorzystana do celów wojskowych, na przykład ćwiczebnie jako imitator pocisku balistycznego. Jednak projektowana jest jako rakieta cywilna. Tym niemniej, technologie rozwijane przy okazji budowy tej rakiety, jak na przykład system komunikacji o nazwie RASEL, czy inne podsystemy takie jak materiały ablacyjne, dysze, system sterowania wektorem ciągu itp. mogą oczywiście znaleźć zastosowanie w systemach wojskowych.

W przypadku łódzkiej rakiety suborbitalnej o wojskowych zastosowaniach się nie mówi. W ubiegłym roku w odpowiedzi na naszą prośbę, ocenę możliwości wojskowego zastosowania rakiety TRS przedstawił Tomasz Kwasek, zastępca redaktora naczelnego miesięcznika „Nowa Technika Wojskowa” i szef serwisu portalmilitarny.pl: – Rakieta konstruowana przez konsorcjum ma charakter badawczy. O jej ewentualnej militaryzacji można pomyśleć w przyszłości. Do rozwiązania jest szereg problemów, chociażby taki, że obecnie rakieta ma wynieść ładunek o masie 40 kg. Nie można tak po prostu zamienić sprzętu badawczego na głowicę bojową o tej samej masie, bo rakieta musiałaby mieć, przykładowo, układ naprowadzania, który też swoje waży. A to tylko jeden z problemów do rozwiązania. Na tym etapie rozwoju konstrukcji bezpośrednie wojskowe zastosowanie nie wydaje się możliwe. Uważam natomiast, że tego rodzaju rakieta byłaby w stanie wynieść na orbitę mikro-, czy też nanosatelity, które mogłyby znaleźć zastosowanie np. w rozpoznaniu obrazowym.

Wojskowe zastosowanie to jednak melodia przyszłości. Teraz trwają intensywne próby obydwu rakiet. Zbieg okoliczności i ustalone dawno temu harmonogramy prac sprawiły, że start obydwu rakiet odbędzie się w czwartym kwartale tego roku, a więc jesienią lub zimą. Oficjalnie nie ma mowy o żadnej rywalizacji i wyścigu o palmę pierwszeństwa.

Marcin Sarnowski, SpaceForest: – Być może rozczaruję osoby szukające dreszczyku takich emocji, ale nie ścigamy się z nikim i przede wszystkim kładziemy nacisk na to, aby nasze rozwiązanie było dopracowane i bezpieczne. Chcemy odzyskiwać rakietę do kolejnych lotów i korzystać z niej wielokrotnie. Gdyby  naszym głównym celem był tzw. strzał „na wiwat” i utopienie rakiety w morzu, to już mogliśmy to zrobić jakiś czas temu. Nie widzimy za bardzo sposobu, w jakim rakieta TRS mogłaby konkurować na rynku, który jest przewidziany dla Peruna**. Bardziej upatrujemy w niej szans na szybszy rozwój technologii rakietowych w Polsce, a co za tym idzie potencjalnie możliwej współpracy w przyszłości i skorzystanie z naszych kompetencji.

Podobne deklaracje słyszymy w Wojskowych Zakładach Lotniczych nr 1 w Łodzi, lidera konsorcjum budującego rakietę TRS: – Projekt rakiety SpaceForest nie stanowi bezpośredniej konkurencji dla projektu TRS. Każdy z nich ma inne cele i obszary działania. Niemniej jednak niezwykle doceniamy różnorodne koncepcje i podkreślamy ogromne znaczenie rozwoju polskiego przemysłu rakietowego. Otwartość na innowacje i rozwój jest istotna dla poprawy sytuacji sektora przemysłu narodowego oraz długoterminowego sukcesu polskiego przemysłu. Plany realizacji prób poligonowych, na których nastąpi wystrzelenie systemów rakietowych, opracowanych w ramach projektu przypadają na końcową fazę realizacji projektu, tj. na IV kwartał roku 2023 i obejmują szerszy czasookres, uzależniony od wielu czynników zewnętrznych, takich jak np. pogoda. Nie prowadzimy tak dosłownego „wyścigu”, bo ważniejsze jest dla nas powodzenie naszego projektu.

Obydwa podmioty prowadzą obecnie intensywne prace i testy przed finalnym wystrzeleniem swoich rakiet.
Pod koniec czerwca odbyło się testowe wystrzelenie rakiety Perun na Centralnym Poligonie Sił Powietrznych w Ustce. Rakieta osiągnęła pułap ponad 20 kilometrów zamiast planowych 50 km, ale SpaceForest jest zadowolona z wyników.

Technologie kosmiczne mają to do siebie, że koszt urządzeń jest wysoki, a ilość testów potrzebnych do osiągnięcia pełnej gotowości zazwyczaj duża – wyjaśnia Marcin Sarnowski. – Ale na to, czy następny lot będzie wyżej lub niżej największy wpływ mają warunki pogodowe, możliwości startu i sytuacja danego dnia. Możliwe, że zanim polecimy na pełną nominalną wysokość potrzebne będą jeszcze dodatkowe testy, a być może konieczne będzie skorzystanie z innego miejsca startowego niż położone w Polsce.

Co ważne, odzyskano większość części z testowanej rakiety, a takie jest właśnie jedno z istotnych założeń projektu – Perun ma być rakietą wielokrotnego użytku.

Nie próżnuje tego lata także konsorcjum, a którego czele stoją WZL nr 1 w Łodzi. Niedawno przeprowadzono test silnika 300 mm, który był kolejnym etapem prowadzącym do wystrzelenia Trójstopniowej Rakiety Suborbitalnej (TRS). Obecnie prowadzony jest proces zintegrowania wszystkich systemów elektronicznych, doskonalenia układu sterowania jak i połączenia nowo zaprojektowanego korpusu rakiety o strukturze kompozytowej. Konsorcjum pracuje nad montażem i testami podzespołów rakiety 300 mm. Po ich zakończeniu zostanie dokładnie określony termin wystrzelenia pierwszego stopnia rakiety.

A później zostanie oczekiwanie na start pełnowymiarowej rakiety.

Na osobną uwagę zasługuje nowatorski silnik rakietowy zastosowany w "łódzkiej" rakiecie. Silnik rakiety na paliwo stałe o średnicy 300 mm do trójstopniowej rakiety suborbitalnej został niedawno pierwszy raz przetestowany przez zespół badawczo-projektowy z Wojskowego Instytutu Technicznego Uzbrojenia na hamowni w Zielonce.

Przy współpracy w ramach projektu trójstopniowej rakiety suborbitalnej w konstrukcji wykorzystano projekt WITU, do którego dyszę i elementy mechaniczne wykonywały Wojskowe Zakłady Lotnicze nr 1 S.A., lidera projektu. Odlewane paliwo zostało przygotowane i zaelaborowane przez Zakład Produkcji Specjalnej „GAMRAT” Sp. z o.o., który dostosował swoje możliwości produkcyjne do odlewania takich i większych silników rakietowych.

Masa paliwa znajdująca się w silniku wynosi 100 kg. Jak podkreślają eksperci z WITU, silnik uzyskując impuls całkowity o wartości przekraczającej 240 kNs jest największym do tej pory wytworzonym silnikiem na paliwo stałe w kraju. Korpus cechuje się niską masą i jest wykonany metodą nawijania włókna w osnowie żywicy. Podobna technologia stosująca materiały kompozytowe została zastosowana do wytworzenia dyszy silnika. Użycie i opanowanie tych technik pozwala na skalowanie tych rozwiązań do większych rozmiarów rakiet. Dzięki zaangażowaniu konsorcjum budowane są przełomowe kompetencje w dziedzinie budowy rakiet do zastosowań cywilnych i wojskowych, ze szczególnym uwzględnieniem rakiet przeciwlotniczych i pocisków taktycznych.

Są co najmniej trzy pytania. Która rakieta jako pierwsza wystartuje? Czy sięgnie granicy kosmosu? Czy linię Karmana osiągną obydwie polskie rakiety? Niezależnie od tego, jak będzie brzmiała odpowiedź na pierwsze pytanie, odpowiedź „tak” na drugie i trzecie będzie milowym rokiem w rozwoju polskich technologii rakietowych i kosmicznych.