B

UDOWA

RAKIET

I

MATERIAŁOZNAWSTWO

WSTĘP

Technologie, które zostały rozwinięte w oparciu o techniki satelitarne, w sposób rewolucyjny wpłynęły

na życie ludzkie i czynią to nadal w rosnącym tempie. Globalna i szybka telekomunikacja, wideokonferencje,
aplikacje internetowe wymagają coraz większej liczby satelitów a te z kolei potrzebują rakiet wynoszących.

Zarówno w czasie pokoju jak i konfliktów technologie kosmiczne mają żywotne znaczenie dla

narodów.

W nadchodzących latach, takie dziedziny życia jak komunikacja, nawigacja, kontrola, prognozowanie

pogody, śledzenie zmian na ziemi, nadzór, rozpoznanie i wczesne ostrzeganie przed niebezpieczeństwem,
obrona czy badania międzyplanetarne będą się rozwijały i wykorzystywały przestrzeń kosmiczną. Popyt na
wynoszenie satelitów będzie rósł.

Należy zadać sobie pytanie czy Polska ma ambicje i możliwości na aktywny udział
w budowie rakiety wynoszącej?

Oczywiste jest, że jest to możliwe w wypadku współpracy Polski z krajami europejskimi w oparciu
o europejskie programy naukowe wsparte finansowaniem budżetowym.

Rynek dużych rakiet wynoszących jest już podzielony i leży poza możliwościami finansowymi i technicznymi
naszego kraju. Istnieje natomiast coraz większe zapotrzebowanie na tanie rakiety wynoszące na orbity Ziemi
małe ładunki o masie ok. 200 kg. Ich zalety to niższa cena oraz możliwość częstego wystrzeliwania po szybkim
skompletowaniu ładunku.

Korzyści z udziału Polski w budowie rakiety wynoszącej są następujące:



ROZWÓJ NOWYCH TECHNOLOGII W WIELU DZIEDZINACH GOSPODARKI

 DOSTĘP DO NAJNOWOCZEŚNIEJSZYCH ROZWIĄZAŃ TECHNICZNYCH
 POWIĄZANIE POLSKICH PRZEDSIĘBIORSTW Z CZOŁOWYMI OŚRODKAMI NAUKOWYMI

W KRAJU I W EUROPIE

 KONSOLIDACJA POLSKIEGO PRZEMYSŁU
 ASPEKT MILITARNY

KIERUNKI ROZWOJU W ASPEKCIE BUDOWY RAKIETY WYNOSZĄCEJ

Polska powinna wyspecjalizować się w konstrukcji, badaniach i wykonaniu pewnych zespołów rakiety
wynoszącej. Potencjał naukowy, badawczy i wytwórczy istniejący w naszym kraju skłania do wytypowania
następujących elementów rakiety, które potencjalnie mogą się stać naszą specjalnością wśród nowych krajów
mających aspiracie kosmiczne:

•

BUDOWA SILNIKA RAKIETOWEGO NA PALIWO CIEKŁE

•

BUDOWA ZBIORNIKÓW NA CIEKŁY TLEN I CIEKŁE PALIWO

W budowie silnika głównym celem poza niższą ceną może być zastosowanie do napędu „czystego” paliwa np.
ciekłego metanu a jako utleniacza ciekłego tlenu. Aspekt „ekologicznych” materiałów pędnych jest w obszarze
zainteresowania głównych ośrodków kosmicznych na świecie.

W budowie zbiorników proponuje się użycie materiałów kompozytowych, co powinno zaowocować niższą
wagą kompletnych zbiorników.

©

Polskie Biuro ds. Przestrzeni Kosmicznej

www. kosmos.gov.pl

MOŻLIWOŚCI PRZEMYSŁU KRAJOWEGO W BUDOWIE ELEMENTÓW RAKIETY
WYNOSZACEJ

Tab. nr 1. Analiza polskiego potencjału naukowego i przemysłowego.

Obszar/zagadnienie

Ocena polskiego

potencjału (w punktach,

od 0 do 5)

Polski potencjał (lista

podmiotów)

Czas dojścia do

stanu „5”,

bariery i

konieczne

uzupełnienia

Możliwe

„niekosmiczne”

zastosowania w

gospodarce

(konkretne przykłady)

Naukowo-
badawczy

Przemysło
wy

BUDOWA SILNIKA RAKIETOWEGO NA PALIWO CIEKŁE

KONSTRUKCJA I
OBLICZENIA
SILNIKA
RAKIETOWEGO

3

-

Instytut Lotnictwa
PW (MEiL)
ITWL

2

BUDOWA
PROTOTYPU,
BADANIA

2

2

WSK RZESZÓW,
Instytut Lotnictwa
WZL 2,4

4

BUDOWA SILNIKA
1:1

2

2

WSK RZESZÓW
WZL 2,4
PZL Kalisz
Wojskowy Instytut
Techniczny Uzbrojenia w
Zielonce
SNECMA
AVIA-Polsks
MŚP (Dolina Lotnicza)

6

Zastosowania
wojskowe

Materiały
żarowytrzymałe

2

2

Instytut Lotnictwa
(CBMiK),
WSK Rzeszów
AGH

3

Energetyka, piece,
przemysł
samochodowy

Materiały do pracy w
niskich temperaturach

1

1

Instytut Fizyki PAN

4

Przemysł
samochodowy,
zbiorniki na skroplone
paliwo

Własności materiałów
konstrukcyjnych w
niskich temperaturach

2

0

3
Drogi osprzęt do
maszyn
wytrzymało-
ściowych

Technologie
plazmowego nanoszenia
powłok na dużych
elementach (1000 mm)

4

4

Instytut Plazmy i
Laserowej Mikrosyntezy
WSK Rzeszów
WZL
IMP

2

Przemysł
lotniczy,
okrętowy,
samochodowy,
maszynowy,
energetyczny

Technologie
wybuchowego łączenia
materiałów (np: stal-
aluminium, stal-miedź)

4

4

Explomet S.c. (Opole)
WAT

1

Przemysł lotniczy,
okrętowy,
energetyczny,
elektrotechniczny

Własności paliw i
utleniaczy w niskich
temperaturach (100K)

2

0

2

Przemysł
motoryzacyjny,
lotniczy,

BUDOWA ZBIORNIKÓW PALIWOWYCH (CIEKŁY TLEN, METAN)

©

Polskie Biuro ds. Przestrzeni Kosmicznej

www. kosmos.gov.pl

KONSTRUKCJA I
OBLICZENIA

3

2

Instytut Lotnictwa,
Politechnika Wrocławska

2

BUDOWA
PROTOTYPU
BADANIA

2

2

Instytut Lotnictwa,
„Kompozyt”

4

WYKONAWSTWOZBI
ORNIKA 1:1

2

2

Instytut Lotnictwa,
„Kompozyt”,
Zakłady Lotnicze
Margański & Mysłowski

6

Przemysł
motoryzacyjny,
lotniczy, maszynowy

Technologie
kompozytowe
(nawijarki)

2

1

f-ma „Kompozyt”
Wrocław

6

Zbiorniki na wysoko
sprężone gazy i
skroplone gazy,
przemysł
motoryzacyjny,

Materiały kompozytowe
do pracy w warunkach
próżni i niskich
temperaturach

1

0

Instytut Lotnictwa

6

Zbiorniki na wysoko
sprężone gazy i
skroplone gazy,
przemysł
motoryzacyjny,

Technologie połączeń
kompozyt metal w tzw
węzłach siłowych

2

1

Instytut Lotnictwa,
Zakłady Lotnicze
Margański & Mysłowski

6

Przemysł maszynowy,
lotniczy,
motoryzacyjny.

Oddziaływanie paliw i
utleniaczy na materiały
konstrukcyjne w tym
kompozyty

0

0

WAT

2

Przemysł
motoryzacyjny,
lotniczy

Materiały izolacyjne
i osłonowe

1

1

?

4

Przemysł maszynowy,
budowlany,
ciepłownictwo

Metody ultradźwiękowe,
rentgenowskie i inne
nieniszczące badań
kompozytów

2

1

Politechniki: Wrocławska
Warszawska

3

Przemysł
motoryzacyjny,
lotniczy. maszynowy

UKŁADY HYDRAULICZNE I ZASILAJĄCE

KONSTRUKCJA
TURBOPOMP

3

2

Instytut Lotnictwa,
PZL-Hydral
WSK Rzeszów
PZL Kalisz

2

KONSTRUKCJA
UKŁADÓW
ZASILAJĄCYCH

4

4

PZL-Hydral,
WSK Rzeszów

3

Przemysł
samochodowy

WYKONAWSTWO
ZESPOŁÓW,
ZAWORÓW,
INSTALACJI

3

3

PZL-Hydral
Progres Sp.z o.o
WSK Rzeszów

5

Uszczelnienia do pracy
w niskich temperaturach

1

1

PZL-Hydral

2

Przemysł
samochodowy po
wejściu skroplonych
paliw metan, wodór

Własności materiałów
konstrukcyjnych w
niskich temperaturach

2

0

3
Drogi osprzęt do
maszyn
wytrzymało-
ściowych

TECHNIKI OBLICZENIOWE (potwierdzone wynikami badań laboratoryjnych)

Programy do obliczeń
wymiany ciepła

2

1

PW

3

Wszystkie gałęzie
przemysłu

Programy do obliczeń

2

1

PW

3

Wszystkie gałęzie

©

Polskie Biuro ds. Przestrzeni Kosmicznej

www. kosmos.gov.pl

przepływów

Instytut Lotnictwa

przemysłu

Programy do obliczeń
wytrzymałości
materiałów
wielowarstwowych

2

1

PW
Instytut Lotnictwa

3

Wszystkie gałęzie
przemysłu

Zakłady lotnicze z racji stosowanych procedur, norm oraz jakości wytwarzanych wyrobów stanowią naturalna
bazę do wytwarzania podzespołów dla przemysłu kosmicznego. Szereg przedsiębiorstw prywatnych dysponuje
technologiami, które przy ich specjalistycznemu rozwojowi mogę być wykorzystane przy budowie silników
i zbiorników dla przyszłej rakiety wynoszącej.

ROZWÓJ TECHNOLOGII

Istotnym problemem w realizacji przedsięwzięcia polegającego na budowie elementów rakiety wynoszącej jest
dostęp i rozwój niezbędnych technologii. W powyższej tabeli zestawiono główne technologie i umiejętności,
których rozwój wydaje się konieczny do realizacji przedsięwzięcia.
Główny nacisk należy położyć na rozwój materiałoznawstwa.
Wymagania stawiane konstrukcjom kosmicznym zmuszają do sięgnięcia po materiały o skrajnie
zróżnicowanych wymaganiach. Z jednej strony mamy materiały żarowytrzymałe do pracy w bardzo wysokich
temperaturach a z drugiej materiały do pracy w temperaturach kriogenicznych rzędu 70 K.
Konstrukcje powinny się charakteryzować dużą wytrzymałością i niską wagą a kryteria bezpieczeństwa
konstrukcji muszą być wyższe od konstrukcji lotniczych. Wymaga to ścisłej współpracy między hutami (ich
ośrodkami badawczymi) a laboratoriami przemysłowymi lub naukowymi.
Konieczne jest opracowanie zamienników stali, na których pracował do tej pory przemysł lotniczy (głównie
stale opracowane w byłym ZSRR). Niezbędne jest uruchomienie badań własności materiałów w niskich
temperaturach rzędu 70 K.Dostępne obecnie dane materiałowe dotyczą temperatur rzędu 230 K a te dotyczące
niższych temperatur są objęte tajemnicą firm prowadzących badania.
Badaniom w niskich temperaturach należy poddać poza materiałami konstrukcyjnymi także paliwa, materiały
izolacyjne, oraz materiały na elementy uszczelniające pracujące w warunkach kriogenicznych.
Współczesne konstrukcje kosmiczne wykorzystują w dużej mierze materiały kompozytowe. W kraju w sposób
dynamiczny rozwijają się technologie kompozytowe do zastosowań naziemnych i lotniczych. Z ważnych
konstrukcji należy wymienić kompozytowy samolot I-23 skonstruowany i wykonany w Instytucie Lotnictwa
oraz konstrukcje powstające w Zakładach Lotniczych Margański & Mysłowski. Konstrukcje kosmiczne
wymagają uwzględnienia dużych zmian temperatur, wysokich ciśnień (zbiorniki) oraz warunków próżni
panujących na orbitach okołoziemskich.
Wydaje się konieczne opanowanie technologii tworzenia konstrukcji kompozytowych w warunkach
sterowanego naciągu włókna i przesycania go żywicami w warunkach próżni. Obecnie brak w kraju nawijarek
do kompozytów (konieczne do zbiorników ciśnieniowych) spełniających w/w wymagania i umożliwiających
opanowanie technologii (powtarzalność procesu).
Istotnym problemem jest opanowanie nieniszczących technik kontroli kompozytów pod wysokie wymagania
przemysłu kosmicznego.
Obok tych głównych wręcz fundamentalnych technologii należy zwrócić uwagę na szereg innych, które pojawią
się w podczas realizacji konkretnych zadań konstrukcyjnych i wykonawczych. Wśród nich na szczególną uwagę
zasługuje technologia wybuchowego łączenia metali. Pozwala ona łączyć takie metale jak miedz-stal czy
aluminium-stal i wykorzystywać ich szczególne właściwości.
Istotną cechą wymienionych technologii jest możliwość szerokiego ich zastosowania w innych gałęziach
przemysłu. Rozwój tych technologii znajdzie swe zastosowanie w przemysłach: lotniczym, metalurgicznym,
hutniczym, maszynowym, energetycznym i samochodowym. Ten ostatni wraz z nadchodzącymi zmianami
dotyczącymi zastosowania ciekłych paliw gazowych jak metan czy wodór stanie się naturalnym odbiorcą
rozwiązań dotyczących zbiorników kompozytowych, uszczelnień, materiałów konstrukcyjnych do pracy
w warunkach kriogenicznych.
Rozwój wymienionych technologii pozwoli włączyć się naszemu krajowi w budowę „polskiego” stopnia rakiety
wynoszącej jak, i konkurować na tym rynku z innymi krajami.

BARIERY

•

realizacja programów kosmicznych w aspekcie budowy rakiety wynoszącej wymaga wysokich
nakładów finansowych

•

konieczne uruchomienie długofalowego finansowania budżetowego na wytypowane kierunki rozwoju
technologii kosmicznych

©

Polskie Biuro ds. Przestrzeni Kosmicznej

www. kosmos.gov.pl

•

bariera technologiczna w zakładach przemysłowych – konieczny dostęp do technologii z zakresu high-
tech

•

nowi zagraniczni właściciele zakładów branży lotniczej mogą nie być zainteresowani w udziale
w „Polskim programie kosmicznym”

•

część technologii jest technologiami „podwójnego zastosowania” wraz z wynikającymi z tego faktu
ograniczeniami w wymianie handlowej.

•

dostęp do nowych materiałów

•

brak specjalistów z obszaru technik kosmicznych

•

brak specjalistycznej bazy laboratoryjnej

WNIOSKI

•

Polska może wziąć udział w budowie elementów małej rakiety wynoszącej.

•

Naszą specjalnością mogą być małe silniki rakietowe i zbiorniki na ciekłe paliwa

•

Sektor wojskowy powinien być zainteresowany rozwojem tej dziedziny przemysłu

•

Przemysł lotniczy może być bazą produkcyjna w/w elementów

•

Procedury produkcyjne, normy lotnicze, jakość produkcji – predysponują firmy lotnicze do udziału
w programie kosmicznym

•

Przemysł kosmiczny jest generatorem rozwoju najnowocześniejszych technologii mających
zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu (patrz tabela).

•

Uczelnie powinny rozpocząć kształcenie specjalistów z dziedziny technologii kosmicznych np.
w formie studiów podyplomowych

Opracowanie: P. Kalina

©

Polskie Biuro ds. Przestrzeni Kosmicznej

www. kosmos.gov.pl