Ratunek przed przechwyceniem i nadmiernymi kosztami. Potencjał i perspektywy programu DARPA DRACO
Lot statku kosmicznego napędzanego napędem DRACO, jak wyobraził sobie artysta z DARPA
Agencja Zaawansowanego Rozwoju DARPA kontynuuje poszukiwania technologii zwiększających przeżywalność i stabilność wojskowej grupy orbitalnej. Najbardziej śmiałą propozycją w tej dziedzinie jest stworzenie systemu napędu jądrowego DRACO dla satelitów, za pomocą którego będą mogły manewrować i uciekać przed atakiem. Ta koncepcja wygląda bardzo ciekawie, ale ma zarówno zalety, jak i wady.
Obiecujący rozwój
Nowy program DRACO (Rakieta Demonstracyjna dla Agile Cislunar Operations) został uruchomiony około rok temu. Opracowano ogólne plany wykonania niektórych prac oraz zidentyfikowano kluczowe wymagania i technologie dla projektu. Ponadto rozpoczęto poszukiwania wykonawców.
We wrześniu 2020 roku DARPA podpisała umowę z Gryphon Technologies. W ciągu najbliższych kilku lat będzie musiała zapewnić wsparcie naukowe i technologiczne twórcom silnika DRACO. Wartość kontraktu sięgnęła 14 mln dolarów.
W kwietniu tego roku poznano plany na najbliższą przyszłość; podpisano również nowe umowy z wykonawcami. W ciągu najbliższych 18 miesięcy planowane jest przeprowadzenie prac projektowych, podzielonych na dwa obszary - Tor A i Tor B. Celem Toru A jest opracowanie nowego silnika rakietowego. W ramach równoległego projektu „B” opracują wygląd „działającego” statku kosmicznego dla takiego silnika (Operational System – OS), a także stworzą demonstrator technologii (Demonstration System – DS).
Wykonawcą projektu Track A została firma General Atomics; wesprze go Gryphon Technologies, wcześniej zaangażowane w program. Rozwój statku kosmicznego powierzono Lockheed Martin i Blue Origin. Wszyscy uczestnicy programu będą stale wchodzić ze sobą w interakcje i wymieniać informacje techniczne i inne.
W czerwcu do DRACO dołączyła inna firma - Ultra Safe Nuclear Technologies (USNC-Tech) z Ultra Safe Nuclear Corporation (USNC). Jego zadaniem będzie pomoc w rozwoju obu „torów” w kontekście bezpieczeństwa układu napędowego i systemów z nim związanych.
W ten sposób ustalono ostateczną listę uczestników programu i rozpoczęto prawdziwe prace badawczo-rozwojowe. Planują wydać na nie kilka lat i setki milionów dolarów. Pierwszy lot demonstratora DS z napędem DRACO zaplanowano na 2025 r. Jak wcześniej informowaliśmy, chemiczna rakieta nośna wyniesie DS na orbitę, gdzie przejdzie testy napędu. Nie wiadomo, jak szybko nowe technologie będą mogły zostać wprowadzone na scenę systemu operacyjnego i wcielone w życie.
Nowe zasady
Celem programu DRACO jest stworzenie jądrowego układu napędowego typu NTP (Nuclear Thermal Propulsion). Architektura i zasada działania takiego silnika są dobrze znane, ale DARPA nie opublikowała jeszcze specyfikacji istotnych warunków zamówienia i dokładnej charakterystyki przyszłego produktu.
Możliwy wygląd statku kosmicznego z silnikiem typu NTP. Grafika Popularmechanics.com
Kluczowym elementem silnika NTP/DRACO jest reaktor jądrowy o wymaganej mocy. Jak informowaliśmy, reaktor będzie wykorzystywał uran o poziomie wzbogacenia w zakresie 5-20 proc. (tzw. HALEU - High Assay Low Enriched Uranium). Ciepło z reaktora zostanie wykorzystane do podgrzania płynu roboczego, którym będzie skroplony wodór lub inna substancja. Ciekła substancja wyparuje, otrzyma dodatkową energię i przepłynie przez dyszę z dużą prędkością, zapewniając niezbędny ciąg.
Według obliczeń silnik NTP wykorzystujący wodór, pod względem ogólnych właściwości i możliwości, będzie około dwa razy wydajniejszy i oszczędniejszy od silnika chemicznego. Da to pewne korzyści w rozwoju i eksploatacji statków kosmicznych. W szczególności możliwa będzie redukcja zbiorników na wodór „paliwo” i zmniejszenie całkowitej masy statku.
Głównym celem projektu DRACO jest poprawa bezpieczeństwa wojskowych statków kosmicznych na niskich orbitach. Kraje rozwinięte, uważane za potencjalnych przeciwników USA, posiadają lub opracowują broń antysatelitarną. W związku z tym, w trakcie konfliktu na pełną skalę, grupa orbitalna Pentagonu ryzykuje szybką utratą przynajmniej części swojego wyposażenia i możliwości.
Głównym rezultatem projektu DRACO powinien być uniwersalny jądrowy system napędowy nadający się do montażu na statkach kosmicznych do różnych celów. Z jego pomocą proponuje się usunięcie satelitów z wpływu pocisków antysatelitarnych lub przechwytujących.
Zasada takiej ochrony jest dość prosta. W przypadku wykrycia ataku silnik jądrowy będzie musiał szybko przenieść urządzenie na inną orbitę, m.in. wyżej, poza zasięgiem broń wróg. Po zniknięciu zagrożenia DRACO będzie mógł przywrócić urządzenie na poprzednią orbitę. Wysoka wydajność w zakresie paliwa jądrowego i płynu roboczego pozwoli na wielokrotne wykonywanie takich manewrów.
Potencjał projektu
Na poziomie kluczowych pomysłów i koncepcji program DRACO wygląda dość ciekawie i obiecująco. Jednocześnie oczywiste jest, że opracowanie wszystkich niezbędnych komponentów będzie wiązało się z poważnymi trudnościami i będzie dość kosztowne. Czy uda się przezwyciężyć wszystkie spodziewane i nagłe trudności i zrealizować wszystkie plany, czas pokaże.
Pomysł wykorzystania ekonomicznego systemu napędowego do usunięcia satelity z uderzenia ma duży potencjał i cieszy się dużym zainteresowaniem. Istniejące i przyszłe pociski antysatelitarne i przechwytujące są przeznaczone do niszczenia celów orbitalnych na znanej trajektorii, co pozwala obliczyć punkt wyprzedzenia.
Nagła zmiana parametrów orbity celu co najmniej zmniejszy skuteczność takiej broni. Wróg będzie musiał uruchomić nowe środki przechwytywania, których skuteczne użycie również nie jest gwarantowane. Ponadto DRACO będzie mógł podnieść satelitę nad linię przechwytywania - to sprawi, że wszelkie rakiety i statki bojowe staną się bezużyteczne.
Jeden z ostatnich montowanych satelitów GPS. W przyszłości takie urządzenia mogą otrzymać silnik DRACO. Zdjęcia Lockheed Martin
Uzyskanie takich możliwości wiąże się jednak z szeregiem różnego rodzaju trudności. Przede wszystkim należy wziąć pod uwagę, że silniki typu NTP nadające się do integracji z technologią rakietową i kosmiczną nadal istnieją tylko na poziomie teoretycznym. General Atomics, Gryphon Tech., USNC-Tech i inni muszą jeszcze znaleźć wszystkie niezbędne technologie i stworzyć w pełni działający silnik.
Należy zauważyć, że DARPA wykazuje pewien optymizm i plany przeprowadzenia pierwszego lotu orbitalnego OS/DRACO już w 2025 roku. Może to świadczyć o tym, że część prac badawczych została zrealizowana i pomyślnie zakończona. Zgodnie z ich wynikami rozpocznie się rozwój pełnoprawnego projektu. Mimo złożoności postawionych zadań, uczestnicy programu mają jeszcze wystarczająco dużo czasu przed wyznaczonymi terminami.
Program DRACO, podobnie jak wiele innych obiecujących projektów, może napotkać problemy finansowe. Dokładny koszt opracowania całkowicie nowego silnika i powiązanych produktów nie został jeszcze ustalony, chociaż już wiadomo, że mówimy o setkach milionów lub miliardach dolarów. Wysoki koszt w połączeniu ze złożonością i ryzykiem technicznym może prowadzić do najostrzejszej krytyki, a nawet zamknięcia projektu.
Pomyślne zakończenie rozwoju i testowania DS i OS z produktem DRACO również nie gwarantuje pełnego sukcesu. Opracowywana jest obiecująca instalacja jądrowa do użytku na statkach kosmicznych. Ile będą kosztować silniki seryjne i jak wpłyną na koszt aktualizacji konstelacji orbitalnej, to duże pytanie.
W odległej przyszłości rozwój DRACO może znaleźć zastosowanie w różnych obszarach przemysłu rakietowego i kosmicznego, gdzie wymagane są kompaktowe i ekonomiczne systemy napędowe. Jednak takie perspektywy dla całego kierunku zależą bezpośrednio od wyników obecnego projektu. Jeśli to nie odpowiada wojsku i kongresmenom, nie powinno dziwić, że cywilny przemysł kosmiczny również porzuci napęd jądrowy.
Z niepewną przyszłością
Jak przystało na organizację zajmującą się zaawansowanym rozwojem obronnym, DARPA ponownie próbuje stworzyć pełnoprawny silnik rakietowy jądrowy, ponadto do rozwiązywania konkretnych problemów i z myślą o wykorzystaniu w rzeczywistych projektach. Proponowane pomysły cieszą się dużym zainteresowaniem, a nowy projekt naprawdę jest w stanie stworzyć dużą rezerwę na przyszłość, gdy broń antysatelitarna stanie się realnym i poważnym zagrożeniem.
Jednak pomyślne zakończenie programu DRACO wciąż pozostaje pod znakiem zapytania. Stoi przed bardzo złożonymi zadaniami, których rozwiązanie raczej nie będzie szybkie, niedrogie i proste z punktu widzenia nauki i techniki. W związku z tym program niesie ze sobą ryzyko opóźnień, braku funduszy i innych problemów. To, czy uda się dotrzymać wszystkich terminów, dotrzymać szacunków i stworzyć sprzęt o wymaganych parametrach, stanie się jasne w ciągu najbliższych kilku lat.
informacja