Revista >> Mai 2020 [Nr. 224] >> Cover Story

INCAS - centru internațional de testare pentru aerodinamică reactivă

Daniel Butnariu

28 Mai 2020

Derulat pe fundalul implicării României în programele științifice și de cercetare promovate de ESA, în special Programul opțional de Pregătire a Viitoarelor Lansatoare (FLPP – Future Launchers Preparatory Programme) lansat în 2003 și Programul pentru un Demonstrator European Orbital Reutilizabil (PRIDE – Programme for a Reusable In-orbit Demonstrator for Europe), proiectul CARESS reprezintă o evoluție firească a colaborării de succes dintre INCAS și ESA, după cum precizează drd. ec. Ionuț Lom, director tehnic INCAS: „Pe termen scurt și mediu, această nouă capacitate a sufleriei – de fapt, o capacitate de nișă la un cost foarte competitiv – va permite INCAS să participe la campaniile de testare și programele de dezvoltare ESA dedicate în principal motoarelor hibride, conceptelor SSTO (Single-stage-to-orbit) și TSTO (two-stage-to-orbit). Proiectul CARESS se adaugă altor proiecte în care INCAS a colaborat cu ESA, cum este DTV (Demonstrator for Technologies Validation). În ceea ce privește contribuția pe care INCAS o poate avea pe linia DTV, dispunem de o importantă linie strategică de dezvoltare. Un alt proiect de anvergură pentru ESA în care INCAS a jucat un rol important este Euclid. Vorbim despre telescopul spațial Euclid, care va observa Universul în domeniul infraroșului apropiat, având drept obiectiv de cercetare studierea materiei și a energiei întunecate prin măsurarea cu mare precizie a accelerării expansiunii Universului.”

Evoluție de impact
Capacitatea de simulare avansată rezultată la finalul proiectului CARESS se bazează în continuare pe instalația existentă a sufleriei trisonice INCAS (cu un rezervor de 2000 metri cubi presurizat până la 20 de atmosfere), dar care în acest context integrează câteva componente noi care profită de tipologia tunelului aerodinamic pentru a efectua teste utilizând suplimentar jeturi la temperaturi înalte, la diferite regimuri (subsonice, transonice și supersonice) având o durată totală a testelor de până la 90 de secunde.

Odată identificate capabilitățile de nișă ce pot fi dobândite prin punerea în aplicare a conceptului promovat de proiectul CARESS și după o comunicare intensă cu ESA și alți actori relevanți din domeniu, INCAS a mobilizat o echipă multidisciplinară compusă din 15 specialiști din institut – cercetători, ingineri proiectanți, tehnicieni și responsabili administrativi – care a beneficiat de finanțare din partea ESA pentru acest proiect.

Depunerea proiectului pentru dezvoltarea instalației a adus cu sine delimitarea responsabilităților pentru fiecare segment de activitate, de la design până la realizarea efectivă a instalațiilor auxiliare (în cadrul INCAS au fost dezvoltate și integrate două instalații dedicate, una pentru fluxul secundar de aer și una pentru alimentarea cu peroxid de hidrogen a machetei de test), de la etapa de fabricație a machetei de test (operațiune încredințată Aero Part Expert, o firmă din Brașov specializată printre altele în execuția de piese prelucrate mecanic), până la faza de integrare a senzorilor și instrumentarea machetei, cuprinzând și dezvoltarea celor cinci motoare specifice instalate pe macheta de test (activități susținute în cadrul INCAS). Coordonate în conformitate cu un plan detaliat de management și administrare, etapele proiectului au inclus atât instruirea și dezvoltarea profesională a resursei umane pentru activitățile care trebuie susținute în cadrul unei inițiative de acest gen, cât și un proces detaliat de validare din partea ESA în diferite faze ale proiectului, privind în special conformarea INCAS la anumite cerințe tehnice.

„Una dintre principalele provocări ale proiectului a fost dată chiar de elementul de noutate al instalației”, spune Cornel Stoica, „documentația din domeniu pentru un astfel de sector de activitate fiind una limitată. O altă provocare a fost reprezentată de complexitatea ansamblului mecanic și a sistemelor de măsură care trebuie să fie integrate într-un spațiu restrâns, dar și atenția sporită și rigorile impuse de utilizarea peroxidului de hidrogen în ceea ce privește materialele, senzorii utilizați și siguranța în operare, date fiind presiunea și temperaturile mari de lucru.”

Este de subliniat că în ceea ce privește tunelul aerodinamic, nu au existat pachete de lucru pe care INCAS să le subcontracteze unor furnizori de servicii, întrucât instalarea, integrarea și testarea tuturor elementelor noi au fost făcute de specialiștii institutului. Finalizarea proiectului CARESS cuprinde integrarea completă a noilor instalații (cele dedicate fluxului secundar de aer și alimentării cu peroxid de hidrogen), a machetei, validarea funcționării motoarelor machetei și realizarea unor teste având macheta activă instalată în tunelul aerodinamic.

După cum explică Cornel Stoica, „în timpul derulării acestor teste, motoarele cu peroxid de hidrogen vor simula propulsia în condiții de similitudine și vor fi măsurați diferiți parametri, cum ar fi presiunile și forțele generate de curgerea aerului în jurul machetei, dar și parametri specifici motoarele active ale machetei, precum temperaturile și presiunile de pe ajutaj, inclusiv forțele generate. Testele finale ale proiectului sunt programate în cursul lunii iunie, urmând ca ESA să analizeze și să valideze datele în luna iulie a acestui an.”

Obiective strategice
Dincolo de studierea aprofundată a interacțiunilor complexe care afectează rezistența la înaintare și comportamentul lansatoarelor și vehiculelor spațiale în special la trecerea de la viteze transonice spre supersonice, implementarea proiectului CARESS urmărește mai mult decât optimizarea capabilităților de testare ale sufleriei trisonice INCAS. Efortul specialiștilor români se concentrează în egală măsură pe elaborarea unei metodologii de calibrare a ansamblului de simulare tunel aerodinamic - machetă pentru evaluarea în condiții cât mai relevante a rezistenței la înaintare a vehiculului de zbor, fiind pusă la punct inclusiv o campanie de testare care să identifice eventuale interferențe. Rezultatele obținute cu ajutorul noilor instalații vor fi repertoriate ca parte a unei baze de date aerodinamice pentru criteriile de testare cu jeturi cu temperaturi ridicate și pentru evaluarea diverșilor parametri care stau la baza deplasării lansatoarelor și rachetelor ce se deplasează în regim de viteză transonic și supersonic. Această bază de date va cuprinde sarcinile, și alți parametri rezultați în urma măsurătorilor înregistrate grație instrumentarului specific implementat pe macheta de referință echipată cu motoare reactive, contribuind la identificarea coeficienților și factorilor specifici simulărilor avansate realizate în tunelul aerodinamic.

Mai mult decât atât, proiectul CARESS asigură pentru INCAS o capabilitate sporită de testare pentru Programul de Microlansatoare dezvoltat în România, program care a trecut deja de faza de definire a conceptului de lansator. De altfel, reflectând capacitatea sufleriei trisonice INCAS de a derula campanii de testare până la nivelul de maturitate tehnologică 4 (care urmărește validarea componentelor și/sau a ansamblului testat în condiții de laborator, ca prim pas în evaluarea funcționării corecte a componentelor individuale ca parte a unui sistem), activitățile abilitate de implementarea CARESS țintesc același nivel de maturitate tehnologică.