Revista >> Noiembrie 2022 [Nr. 249] >> Cover Story

COMOTI deschide noi orizonturi în domeniul propulsiei navale și în explorarea spațiului cosmic

Ing. Nicolae Macrisoiu, Ing. Dan Ifrim, Dr. ing. Radu Mihalache

17 Noiembrie 2022

Un proiect emblemă
„Proiectul TURBONAV a deschis noi orizonturi domeniului naval prin dezvoltarea de soluții unice în România pentru propulsia de marș cu motoare cu turbină moderne a navelor de tip T22 din dotarea Forțelor Navale Române, soluții care au dus la extinderea capacităților și resursei de cursă a fregatelor Marinei Naționale și optimizarea tehnologiilor emergente pentru sistemele conexe sistemelor de propulsie.
Țin să mulțumesc și pe această cale factorilor de decizie, atât celor din Ministerul Cercetării, Inovării și Digitalizării pentru găsirea de soluții de finanțare a proiectului de cercetare-dezvoltare și achiziție a demonstratorului, precum și celor din conducerea Forțelor Navale Române care au avut încredere în proiectul nostru și l-au sprijinit. Fără acest sprijin financiar, fără această încredere acordată nu ar fi existat această realizare unică în țară!
Prin succesul obținut, acest proiect a deschis noi oportunități de colaborare cu factorii de interes din domeniul naval, asigurând atât îmbunătăţirea performanţelor sistemelor de propulsie a altor tipuri de nave, cât și creșterea nivelului de protecție a mediului prin minimizarea impactului asupra florei și faunei marine.
Privind în viitor consider că acest proiect cu care ne mândrim este o emblemă care va dăinui pe panoul de onoare al Marinei Naționale și care va permite o mai bună conectare și poziționare în raport cu obiectivele noii Strategii Naționale de Cercetare-Dezvoltare.”
Dr. ing. Valentin Silivestru, președinte - director general INCD Turbomotoare COMOTI

INCD TURBOMOTOARE COMOTI, excelență și inovare
Având o expertiză bogată în proiectarea, testarea şi instalarea de turbine cu gaze în aplicații industriale, compresoare industriale pentru comprimare aer şi gaze naturale, prin transferul cu succes ale proceselor tehnologice și de asigurarea calității din domeniul aviației în cel industrial, INCD TURBOMOTOARE COMOTI a excelat atât în dezvoltarea acestei soluții de propulsie navală, cât și în multe alte proiecte, din care amintim:
– DocumentaţiePrototip grup turbonaval 4000 CP derivat din motorul de aviaţie Viper 632, Realizare grup comprimare gaze naturale GTC 1000pentru benecifiarul OMV PETROM,Realizarea experimentală şi punerea în funcţiune a unei centrale cogenerative, formată din 2 grupuri, cu motoare ST 18fabricate de PRATT & WHITNEY Canada, către beneficiarulOMV PETROMSucursala Suplacu de Barcău;
– remotorizări cu generatoare de gaze pentru beneficiarul TRANSGAZ Sucursala STC Onești, STC Bătani Mari şi STC Vinţu de Jos;
– INCD TURBOMOTOARE COMOTI a executat lucrări de reparaţii echipamente, expertizare, revizii şi inspecţii tehnice la sistemele de propulsie și la sistemele de aer comprimat ce echipează nave ale Forţelor Navale Române;
– INCD TURBOMOTOARE COMOTI este singura unitate specializată din România care integrează activităţile de cercetare ştiinţifică, proiectare, producţie, experimentare, testare, transfer tehnologic şi inovare în domeniul turbomotoarelor de aviaţie, motoarelor industriale cu turbină cu gaze şi maşinilor paletate de turaţie înaltă, cu o bază materială de profil unică in România. Spre exemplificare, INCD TURBOMOTOARE COMOTI are în dotare Complexul termo-gazodinamic pentru experimentare turbomotoare industriale şi de aviaţie,unde se pot testa turbomotoare de tip turbojet până la 10.000 daN şi turbomotoare cu putere la ax de până la 5200 kw;
– INCD TURBOMOTOARE COMOTI a implementat proiecte complexe şi diverse pentru beneficiari importanţi din diverse ramuri industriale, iar dupa anul 2000 a reluat cercetarea pentru motoare de aviaţie, având colaborări cu importante firme europene de profil: SAFRAN AIRCRAFT ENGINES (fost SNECMA), SAFRAN HELICOPTER ENGINES, (fost TURBOMECA), ONERA, lucrând la dezvoltarea de componente de aviaţie în cadrul unor proiecte de cercetare-dezvoltare finanţate de comunitatea europeană, precum VITAL, OPENAIR, SILENCE etc.

Dezvoltarea unei familii depropulsoare electromagnetice bazate pe surse RF de plasmă
Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare Turbomotoare – COMOTI deschide noi orizonturi privind explorarea spațiului cosmic, după ce, în urma unui consorțiu condus de institutul nostru (INFLPR, UPB București) în cadrul proiectului „Surse de plasmă de radio frecvență (RF) destinate propulsiei nanosateliților”, finanțat prin programului ROSA-STAR, s-a realizat un nou sistem de propulsie spațială, care poate fi implementat în misiuni interplanetare către Mercur sau Marte, în programul EVO
Galileo, în sectorul comercial al telecomunicațiilor (transfer orbital sau control al atitudinii) sau în misiunile de observare a Pământului. Acest sistem de propulsie electromagnetică a dovedit performanțe remarcabile în mediul experimental de laborator. În prezent, ambițioasele misiuni spațiale, introduse prin politica actuală, impun dezvoltarea unor sisteme inovative de propulsie prin care tehnologiile existente să fie dezvoltate și optimizate. În acest moment industria spațială europeană se confruntă cu o reevaluare a strategiilor de modernizare a infrastructurii spațiale și a lanțului valoric, folosind bugete limitate, incluzând aici producția de sateliți de dimensiuni reduse, dezvoltarea serviciilor dedicate de lansare și creșterea frecvenței de reutilizare a subsistemelor.
Spațiul devine în acest context o frontieră economică, ce depinde de optimizarea strategică a unei serii de sectoare aflate în plină dezvoltare. Astfel, a luat naștere proiectul condus de INCD TURBOMOTOARE COMOTI, al cărui plan de implementare a fost desfășurat pe parcursul a 24 de luni și care a avut drept scop extinderea nivelului de maturitate tehnologică (TRL 4) a unui proces disruptiv, propulsorul electromagnetic bazat pe surse RF de plasmă HPT (Helicon Plasma Thruster) patentat în 2019. Gradul de noutate al acestui sistem de propulsie este reprezentat prin arhitectura ce exclude electrozii imersați direct în fluxul coroziv de plasmă și prin implementarea ajutajului magnetic, ce conferă atât accelerarea la viteze supersonice a fasciculelor de plasmă, cât și vectorizarea tracțiunii în timpul zborului. Mai mult decât atât, cvasi-neutralitatea plasmei este susținută de Structura de Înveliș - Dublu, ce se dezvoltă spontan în plasmă la inițierea modului de operare Helicon. Motorul se află în clasa de tracțiune de 5 mN-200 W, cu un impuls specific țintă de 1000 s, folosind drept agent de lucru Argon de puritate 99.99998%.
Propulsorul electromagnetic bazat pe descărcări RF în modul de operare Helicon (Poza 2) are în componență o cameră de descărcare cilindrică din cuarț, unde plasma este generată, o antenă RF (Negoya Type III sau Right Helicon) dispusă pe exteriorul tubului de descărcare, ce emite unde cu frecvența standard de 13.56 MHz și un sistem magnetic format dintr-o serie de magneți permanenți, dispuși atât în vecinătatea antenei, cât și pe evacuarea tubului de descărcare.

Antena este alimentată prin sistemul complex alcătuit dintr-un generator RF și un sistem de adaptare al impedanței, acesta jucând un rol esențial deoarece ajustează impedanța plasmei de ordinul 1 Ω la impedanța generatorului RF de 50 Ω. Sistemul magnetic are o importanță dublă în funcționarea propulsorului:
• induce o stare de transparență a plasmei pentru propagarea undelor Helicon;
• diminuează procesele ireversible prin confinarea magnetică a plasmei și totodată conturează în secțiunea de evacuare un ajutaj magnetic ce are funcția de a accelera până la viteze supersonice plasma de argon.
În urma desfășurării campaniilor ample de testare în mediu relevant de laborator, prototipul a demonstrat un potențial remarcabil de a fi implementat în misiunile promovate de Agenția Spațială Europeană în explorarea spațiului cosmic, în programul EVO Galileo, în sectorul comercial al telecomunicațiilor (transfer orbital sau control al atitudinii) sau în misiunile de observare a Pământului.

Dezvoltarea unui sistem deetanșare pentru misiuni spațiale de explorare
În perioada 2016-2020, INCD TURBOMOTOARE COMOTI a implementat cu succes proiectul SEALPHO – „Breadboard of a Sealing Systems for a Phobos Sample Return Mission”, finanțat de Agenția Spatială Europeană (ESA) în cadrul programului MREP-2 „Mars Robotic Exploration Programme”. Prin intermediul acestui proiect, INCD TURBOMOTOARE COMOTI și-a îmbunătațit competențele și a câștigat o experiență considerabilă în dezvoltarea de mecanisme pentru industria spațială. Astfel, un mare integrator European - LEONARDO (Italia) a colaborat cu INCD TURBOMOTOARE COMOTI pentru a dezvolta un echipament critic pentru primul braț robotic european ce va ajunge pe Marte în cadrul misiunii „Mars Sample Return”.
Această misiune a fost stabilită în cadrul unui parteneriat strategic între NASA și ESA și are ca principal obiectiv colectarea de mostre de sol de pe planeta Marte și, pentru prima dată în istorie, aducerea acestora pe Pamânt, urmând a fi supuse unor serii de analize detaliate în laboratoare de specialitate din întreaga lume.
Misiunea spațială de explorare „Mars Sample Return” este una complex, cuprinzând o serie de lansări de nave spațiale și rachete, una dintre rachete fiind lansată de pe suprafața lui Marte, împreună cu mostrele de sol colectate. Prima etapă a acestei misiuni este în desfășurare, roverul Perseverence, dezvoltat de NASA prin intermediul Jet Propulsion Laboratory, se află pe suprafața planetei Marte, colectând probele de sol ce vor fi manipulate de brațul robotic european și apoi aduse pe Pamânt.

Misunea include și existența unei platforme staționare (Sample Retrieval Lander), dezvoltată de NASA, ce va fi echipată cu brațul robotic Sample Transfer Arm (STA). Acesta are rolul de a prelua și manevra capsulele ce conțin probe colectate de modulul Perseverence și, mai apoi, de a le depozita într-un compartiment special al rachetei ce va fi lansată pe orbita lui Marte.
Responsabilitatea INCD TURBOMOTOARE COMOTI a fost aceea de dezvoltare a unor echipamente critice misiunii „Mars Sample Return”, numite Hold Down & Release Mechanism (HDRM). Acestea au rolul de a bloca și proteja brațul robotic (STA) în timpul lansării de pe Pământ, pe toată durată călătoriei spre Marte, inclusiv în faza de amartizare, astfel încât acesta să nu se deterioreze pe durata misiunii din cauza încărcărilor și șocurilor mecanice, respectiv a dilatărilor termice survenite în urma expunerii la un domeniu mare de temperaturi. Odată ce platforma Sample Retrieval Lander va ajunge pe Marte, echipamentele dezvoltate de către INCD TURBOMOTOARE COMOTI vor elibera brațul astfel încât acesta să își poată începe misiunea pentru care a fost conceput.
Astfel, ținând cont de configurația brațului robotic ce trebuie protejat (articulații, grade de libertate, masă, rigiditate, etc.), INCD TURBOMOTOARE COMOTI asigură echiparea acestuia cu 3 HDRM-uri, dintre care două active și unul pasiv. HDRM-urile vor proteja atât interfața mecanică ce cuprinde brațul robotic dezvoltat de LEONARDO, cât și interfața ce conține platforma staționară Sample Retrival Lander dezvoltată de Jet Propulsion Laboratory (USA). Echipa INCD TURBOMOTOARE COMOTI va colabora în umătoarele etape ale misiunii „Mars Sample Return” atât cu parteneri europeni, cât și americani, urmând să participe la fazele de integrare a mecanismelor pe brațul robotic în Italia și pe platforma Sample Retrieval Lander în SUA, o oportunitate unică de transfer de cunoștințe dinspre ESA și NASA către România.
Acest proiect reprezintă o premieră pentru România prin faptul că mecanismele realizate integral de INCD TURBOMOTOARE COMOTI sunt primele echipamente care vor fi trimise în spațiu în cadrul unei misiuni de explorare planetară – dovadă a creșterii maturității tehnologice din zona spațială din România.