Wstęp

UDOWA

RAKIET

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

Instytut Lotnictwa
PW (MEiL)
ITWL

BUDOWA
PROTOTYPU,
BADANIA

WSK RZESZÓW,
Instytut Lotnictwa
WZL 2,4

BUDOWA SILNIKA
1:1

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

Zastosowania
wojskowe

Materiały
żarowytrzymałe

Instytut Lotnictwa
(CBMiK),
WSK Rzeszów
AGH

Energetyka, piece,
przemysł
samochodowy

Materiały do pracy w
niskich temperaturach

Instytut Fizyki PAN

Przemysł
samochodowy,
zbiorniki na skroplone
paliwo

Własności materiałów
konstrukcyjnych w
niskich temperaturach

3
Drogi osprzęt do
maszyn
wytrzymało-
ściowych

Technologie
plazmowego nanoszenia
powłok na dużych
elementach (1000 mm)

Instytut Plazmy i
Laserowej Mikrosyntezy
WSK Rzeszów
WZL
IMP

Przemysł
lotniczy,
okrętowy,
samochodowy,
maszynowy,
energetyczny

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

Explomet S.c. (Opole)
WAT

Przemysł lotniczy,
okrętowy,
energetyczny,
elektrotechniczny

Własności paliw i
utleniaczy w niskich
temperaturach (100K)

Przemysł
motoryzacyjny,
lotniczy,

BUDOWA ZBIORNIKÓW PALIWOWYCH (CIEKŁY TLEN, METAN)

Polskie Biuro ds. Przestrzeni Kosmicznej

www. kosmos.gov.pl

KONSTRUKCJA I
OBLICZENIA

Instytut Lotnictwa,
Politechnika Wrocławska

BUDOWA
PROTOTYPU
BADANIA

Instytut Lotnictwa,
„Kompozyt”

WYKONAWSTWOZBI
ORNIKA 1:1

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

Przemysł
motoryzacyjny,
lotniczy, maszynowy

Technologie
kompozytowe
(nawijarki)

f-ma „Kompozyt”
Wrocław

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

Materiały kompozytowe
do pracy w warunkach
próżni i niskich
temperaturach

Instytut Lotnictwa

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

Technologie połączeń
kompozyt metal w tzw
węzłach siłowych

Instytut Lotnictwa,
Zakłady Lotnicze
Margański & Mysłowski

Przemysł maszynowy,
lotniczy,
motoryzacyjny.

Oddziaływanie paliw i
utleniaczy na materiały
konstrukcyjne w tym
kompozyty

WAT

Przemysł
motoryzacyjny,
lotniczy

Materiały izolacyjne
i osłonowe

Przemysł maszynowy,
budowlany,
ciepłownictwo

Metody ultradźwiękowe,
rentgenowskie i inne
nieniszczące badań
kompozytów

Politechniki: Wrocławska
Warszawska

Przemysł
motoryzacyjny,
lotniczy. maszynowy

UKŁADY HYDRAULICZNE I ZASILAJĄCE

KONSTRUKCJA
TURBOPOMP

Instytut Lotnictwa,
PZL-Hydral
WSK Rzeszów
PZL Kalisz

KONSTRUKCJA
UKŁADÓW
ZASILAJĄCYCH

PZL-Hydral,
WSK Rzeszów

Przemysł
samochodowy

WYKONAWSTWO
ZESPOŁÓW,
ZAWORÓW,
INSTALACJI

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

Uszczelnienia do pracy
w niskich temperaturach

PZL-Hydral

Przemysł
samochodowy po
wejściu skroplonych
paliw metan, wodór

Własności materiałów
konstrukcyjnych w
niskich temperaturach

3
Drogi osprzęt do
maszyn
wytrzymało-
ściowych

TECHNIKI OBLICZENIOWE (potwierdzone wynikami badań laboratoryjnych)

Programy do obliczeń
wymiany ciepła

Wszystkie gałęzie
przemysłu

Programy do obliczeń

Wszystkie gałęzie

Polskie Biuro ds. Przestrzeni Kosmicznej

www. kosmos.gov.pl

przepływów

Instytut Lotnictwa

przemysłu

Programy do obliczeń
wytrzymałości
materiałów
wielowarstwowych

PW
Instytut Lotnictwa

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

Document Outline