SpaceForest przetestował nową dyszę rakietową

Dysze silników rakietowych pracują w ekstremalnych warunkach. Przepływające przez nie gazy o bardzo wysokiej temperaturze i ciśnieniu stopniowo niszczą materiał, szczególnie w najwęższej części dyszy, nazywanej gardzielą. Zmiana jej geometrii może wpływać na parametry pracy silnika, w tym na generowany ciąg.

Ograniczenie tego zjawiska jest jednym z celów projektu realizowanego przez Akademię Górniczo-Hutniczą w Krakowie we współpracy ze SpaceForest. Naukowcy opracowali technologię wytwarzania elementów dysz z kompozytu CFRC (Carbon Fibre Reinforced Carbon), czyli materiału węglowo-węglowego wzmacnianego włóknami węglowymi.

Nowe rozwiązanie przeszło serię prób naziemnych, a następnie zostało sprawdzone podczas lotu naddźwiękowej rakiety VIRA. SpaceForest potwierdził w odpowiedzi na pytania tek.info.pl, że test zakończył się pomyślnie.

Dysza wytrzymała cały czas pracy silnika

Próbę w locie przeprowadzono pod koniec lipca 2026 roku na poligonie Centrum Szkolenia Wojsk Rakietowych i Artylerii w Toruniu. Wykorzystano eksperymentalną rakietę VIRA, opracowaną przez SpaceForest do testowania technologii w warunkach dużych prędkości, przeciążeń i obciążeń termicznych.

Rakietę wyposażono w silnik SF_SALTO z dyszą zawierającą element wykonany z nowego kompozytu. Był to ostatni etap badań po wcześniejszej kwalifikacji naziemnej.

– Test w locie zakończył się sukcesem. Dysza wytrzymała cały czas pracy silnika, który funkcjonował prawidłowo – przekazała redakcji tek.info.pl Krzysztof Osiak, menedżer ds. komunikacji marketingowej SpaceForest.

Zastrzegł jednak, że była to pojedyncza próba, dlatego na pełną ocenę technologii trzeba jeszcze poczekać.

Przeprowadzone testy potwierdziły większą trwałość nowego kompozytu w porównaniu z materiałami stosowanymi dotychczas przez SpaceForest.

– Nowy materiał charakteryzuje się wyraźnie większą trwałością niż rozwiązania stosowane przez nas dotychczas. Przekłada się to na stabilniejszą i wydajniejszą pracę silnika – wyjaśnił Krzysztof Osiak.

SpaceForest nie podało jednak szczegółowych danych liczbowych, które pozwoliłyby określić skalę poprawy odporności na erozję czy wpływ nowego materiału na parametry ciągu.

Największym wyzwaniem okazało się wykonanie dyszy

Choć test w locie zakończył się sukcesem, realizacja projektu ujawniła istotne ograniczenia krajowego zaplecza technologicznego.

Jak powiedział Krzysztof Osiak, największą trudnością było samo wykonanie dyszy z kompozytu węglowo-węglowego. Powód? Ograniczona dostępność odpowiedniej infrastruktury w Polsce.

Z tego względu badacze nie wykonali całej dyszy z CFRC. Nowy materiał zastosowali jedynie w jej najbardziej obciążonym fragmencie, który następnie połączyli z dotychczasową konstrukcją.

Pozostała część silnika nie wymagała zmian.

– Największym wyzwaniem było wykonanie dyszy, przede wszystkim ze względu na ograniczoną dostępność odpowiedniej infrastruktury w Polsce. Dlatego z nowego materiału wykonaliśmy jedynie najbardziej obciążony fragment, który następnie zintegrowaliśmy z dotychczasową konstrukcją dyszy. Pozostała część silnika nie wymagała zmian.

Takie podejście umożliwiło sprawdzenie nowego materiału w rzeczywistych warunkach pracy napędu bez konieczności przebudowy całej jednostki. Jednocześnie pokazało, że rozwój zaawansowanych kompozytów wymaga nie tylko odpowiedniej wiedzy materiałowej, lecz także dostępu do specjalistycznego zaplecza produkcyjnego.

To szczególnie istotne z perspektywy ewentualnego wdrożenia technologii na większą skalę. Ograniczona infrastruktura może bowiem stanowić barierę przy przechodzeniu od pojedynczych elementów badawczych do regularnej produkcji.

Od silnika SF Test do lotu rakiety VIRA

Technologię opracował zespół SyntCARBON, działający w Katedrze Biomateriałów i Kompozytów na Wydziale Inżynierii Materiałowej i Ceramiki AGH.

Pierwsze elementy wykonano w laboratoriach uczelni. Następnie rozpoczęto ich badania z wykorzystaniem hybrydowego silnika SF Test, opracowanego przez SpaceForest.

Jednostka ta była wcześniej wielokrotnie wykorzystywana do badań nad składem paliwa i geometrią komory spalania. Dzięki temu inżynierowie dobrze znają jej charakterystykę, co ułatwia ocenę wpływu zmian konstrukcyjnych na parametry pracy napędu.

Po serii prób z silnikiem SF Test przeprowadzono statyczne odpalenie większego silnika SF_SALTO wyposażonego w element z kompozytu CFRC.

Dopiero po zakończeniu tych badań zdecydowano się na test w locie.

Wykorzystanie rakiety VIRA pozwoliło sprawdzić zachowanie nowego materiału w warunkach, których nie można w pełni odtworzyć na stanowisku laboratoryjnym. Dane zgromadzone podczas prób mają posłużyć do dalszej oceny erozji dyszy i jej wpływu na pracę silnika.

SpaceForest nie planuje jeszcze wdrożenia w silniku SF-1000

Pomyślny test nie oznacza, że technologia jest już gotowa do zastosowania w kolejnych konstrukcjach rakietowych.

SpaceForest podkreśla, że na obecnym etapie nie planuje wykorzystania nowego materiału w silniku SF-1000.

– Na tym etapie nie planujemy jeszcze zastosowania tej technologii w silniku SF-1000. Jest zdecydowanie za wcześnie na podejmowanie takich decyzji – zaznaczył Krzysztof Osiak.

Oznacza to, że mimo obiecujących wyników rozwiązanie wymaga dalszej oceny. Pojedynczy test potwierdził zdolność dyszy do pracy podczas konkretnego lotu, ale nie pozwala jeszcze określić wszystkich parametrów jej trwałości ani zachowania w różnych warunkach eksploatacyjnych.

Wyniki przeprowadzonych badań będą podstawą do dalszego doskonalenia technologii oraz oceny możliwości jej wykorzystania w praktyce przemysłowej.

Nowy kompozyt może znaleźć zastosowanie także w hutnictwie

Potencjał technologii CFRC nie ogranicza się do przemysłu rakietowego. Materiały węglowo-węglowe znajdują zastosowanie wszędzie tam, gdzie elementy konstrukcyjne muszą zachowywać odpowiednie właściwości podczas pracy w bardzo wysokich temperaturach.

SpaceForest wskazuje, że opracowane rozwiązanie może być interesujące również dla hutnictwa i odlewnictwa.

Zdaniem przedstawicieli firmy jest to nadal stosunkowo słabo zagospodarowana nisza technologiczna na polskim rynku.

- Materiał ma duży potencjał zastosowania również poza branżą rakietową, m.in. w hutnictwie i odlewnictwie. To wciąż stosunkowo niezagospodarowana nisza technologiczna na polskim rynku.

Rozwój krajowych kompetencji w tym obszarze może więc mieć znaczenie nie tylko dla sektora kosmicznego, lecz także dla innych gałęzi przemysłu wykorzystujących zaawansowane materiały wysokotemperaturowe.

Badania nad kompozytami węglowo-węglowymi prowadzono w Polsce już w latach 90. XX wieku, koncentrując się wówczas przede wszystkim na potencjalnych zastosowaniach medycznych. Obecny projekt rozwija te kompetencje w kierunku zastosowań przemysłowych, w tym w sektorze kosmicznym, lotniczym i obronnym.

Przedsięwzięcie „Opracowanie Nowej Generacji Dysz Silników Rakietowych z Kompozytu Węglowo-Węglowego” jest realizowane przez AGH we współpracy ze SpaceForest w ramach konkursu LIDER XIII i współfinansowane przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju.

Zapraszamy na TEK.day Wrocław, 11 marca 2027. Zapisz się tutaj!