A ESA salvaguarda o acesso garantido da Europa ao espaço através do seu Programa Preparatório para Lançadores de Futuros, FLPP.

FLPP supervisiona estudos de sistema e atividades de pesquisa para promover tecnologias novas e disruptivas que têm o potencial de reduzir custos, melhorar o desempenho, melhorar a confiabilidade, ou em sua capacidade de atender às necessidades específicas de um serviço identificado, sistema, demonstrador ou missão.

Dentro do FLPP, demonstradores e estudos aprimoram tecnologias emergentes para dar ao transporte espacial da Europa uma valiosa vantagem à medida que iniciam o exigente trabalho de transformar o projeto escolhido em realidade.

Os demonstradores integrados são construídos combinando várias tecnologias em um sistema ou subsistema para que a indústria possa usar a tecnologia com confiança.

FLPP realiza projetos em propulsão, materiais e processos, capacidade de reutilização, estruturas e mecanismos, aviônica e controle de navegação de orientação (GNC), e futuros sistemas e missões ponta a ponta.

Do laboratório ao lançamento

Uma escala padronizada de "Níveis de preparação da tecnologia" ou TRL descreve o nível de maturidade de uma tecnologia. Os níveis 1–2 denotam pesquisa básica.

Tecnologias que foram demonstradas em um ambiente de laboratório no Nível 3, são desenvolvidos no FLPP e testados no terreno, em vôo ou no espaço por meio de demonstradores integrados para elevá-los ao TRL 6.

Quando uma tecnologia atinge o nível 6, muito do risco associado ao uso de uma nova tecnologia em um ambiente espacial foi mitigado. Pode ser rapidamente incorporado em um sistema operacional (TRL 9) com custo e cronograma otimizados.

Essa abordagem tem três benefícios principais. Ele oferece, dentro de um orçamento limitado, um conjunto de opções e atualizações para spinoffs rápidos aplicáveis ​​aos veículos de lançamento existentes; realiza pesquisa e desenvolvimento de alto valor agregado e salvaguarda a integração de sistemas e as competências tecnológicas na Europa.

Os futuros serviços e sistemas de transporte espacial são avaliados em sua competitividade e viabilidade econômica.

O objetivo da ESA é desenvolver um ecossistema de Transporte Espacial robusto e flexível que atenda às necessidades europeias. Para alcançar isto, ESA reúne seus vários programas e unidades de negócios, Provedor de serviços de lançamento da Europa, e indústrias, como fabricantes de espaçonaves e empresas iniciantes inovadoras.

Propulsão

O Prometheus é o primeiro demonstrador de motor de foguete reutilizável de custo ultrabaixo da Europa alimentado por metano líquido. Irá beneficiar o novo lançador Ariane 6 da Europa a curto prazo e preparar uma nova geração de veículos de lançamento europeus na próxima década.

Este é um motor da classe de 1000 kN; o desenvolvimento em breve trará isso para 1200 kN. É altamente versátil e reinicializável, tornando-o adequado para uso no núcleo, booster e estágios superiores, reutilizável ou não. Tem como objetivo cortar custos por meio de uma abordagem extrema de design para custo, novos propelentes e tecnologias de fabricação inovadoras.

A fabricação aditiva camada por camada de Prometheus permite uma produção mais rápida, com menos peças. Os propelentes líquidos de oxigênio-metano são altamente eficientes e amplamente disponíveis e, portanto, um bom candidato para um motor reutilizável.

Um demonstrador em grande escala será disparado na França no final de 2021 para diminuir o risco da primeira campanha de teste do Prometheus no DLR German Aerospace Centre em Lampoldshausen, Alemanha, esperado em 2022. O Prometheus será usado no Themis (um demonstrador de primeiro estágio reutilizável desenvolvido dentro da FLPP) como parte de uma demonstração incremental a bordo da reutilização primeiro em Kiruna, Suécia em 2023, e então em Kourou, Giuana francesa em 2025.

Um conceito Prometheus baseado em combustível de hidrogênio líquido também está em desenvolvimento para fornecer uma alternativa ao metano e pode estar disponível para uso no Ariane 6 já em 2025.

ETID, um Demonstrador Integrado de Tecnologia de Ciclo Expansor, abre o caminho para a próxima geração de motores criogênicos de estágio superior na Europa na classe de 10 toneladas.

O teste de um demonstrador ETID em escala real provou as tecnologias de propulsão mais recentes. Os resultados do teste foram totalmente analisados, incluindo verificações cruzadas para melhorar os modelos numéricos, bem como a inspeção completa do hardware testado.

A sinergia entre os projetos Prometheus e ETID resultou em técnicas de manufatura aditiva revolucionária para câmaras de combustão que reduzem o custo e o tempo de execução.

Berta, uma classe de empuxo de 5kN, O demonstrador de motor em grande escala impresso em 3D para estágios superiores realizou testes em DLR Lampholdshausen. Ele usa 'propelentes armazenáveis, Chamados assim porque podem ser armazenados como líquidos em temperatura ambiente. Os motores de foguete que são movidos dessa forma são fáceis de acender de forma confiável e repetida em missões que duram muitos meses.

Dando continuidade a este projeto e considerando o impacto ambiental dos propelentes armazenáveis ​​usados ​​atualmente, investigações estão em andamento para preparar testes com novas combinações de propelentes ambientalmente amigáveis ​​que permanecem armazenáveis, mas são muito menos tóxicas.

Outras demonstrações de propulsão híbrida estão em andamento após o lançamento do foguete de sondagem Nucleus na Noruega, que alcançou o espaço com sucesso ao atingir uma altitude final de mais de 100km. Assista aos vídeos completos aqui.

Materiais e processos

A FLPP tem validado materiais alternativos para tornar os foguetes mais leves. Novos materiais compostos estão sendo usados ​​para substituir o alumínio em estruturas mais leves de estágio superior e tanques de combustível, bem como para carenagens de foguetes que protegem as cargas úteis em seu caminho para o espaço.

Novos materiais de isolamento e sistemas de alijamento para carenagens de foguetes também oferecerão uma viagem mais silenciosa até o espaço.

O material de espuma de poliuretano de célula fechada está sendo pulverizado como isolamento externo do tanque para estágios superiores criogênicos e uma nova solução para anteparas do tanque está sendo desenvolvida atualmente.

Estruturas de foguetes secundárias podem se beneficiar de processos de fabricação aprimorados, como inteligência artificial e aprendizado de máquina, ou manufatura avançada de camada aditiva para peças estruturais críticas de fratura construídas em titânio, liga de alumínio de alta resistência e polímero.

Reutilização

A FLPP também está trabalhando na reutilização do veículo de lançamento com os primeiros passos para a demonstração em voo de um primeiro estágio de protótipo de foguete reutilizável chamado Themis de 2023. O projeto Themis fornecerá informações valiosas sobre o valor econômico da reutilização para a Europa e comprovará uma seleção de as tecnologias amadureceram dentro do FLPP para uso potencial em futuros veículos de lançamento europeus.

A successful drop test proved some of the technologies for a reusable first stage of a microlauncher.

Wind tunnel testing and computational fluid dynamics are providing insights into European capabilities to control the descent of a rocket's first stage, back to the ground.

Além disso, an ongoing project featuring a 'flying testbed platform' capable of carrying payloads has performed short take-off and landing test flights.

Structures and mechanisms

Various new production methods are improving manufacturing efficiency, por exemplo, a "Flow forming' technique shapes a metal element in a single step. This has been demonstrated in manufacturing trials co-funded between ESA and NASA Langley.

This technique reduces weld seams making rocket structures stronger and lighter while speeding up production. It is also better for the environment because it saves energy and there is no waste material. A 3 m-diameter aluminum demonstration cylinder that would be used as an interstage was successfully manufactured and tested.

FLPP is investigating electro-mechanical actuators for smoother separation and jettisoning of launcher payloads that would also slash costs for future evolutions of European launch vehicles, as well as advanced low-cost actuation systems for launchers control.

Health Monitoring systems embed sensors in the structural parts in order to monitor the launcher environment for further optimisation.

Avionics and GNC

Technologies in this domain evolve rapidly. Focus is given on increasing automation to reduce the level of Guidance Navigation Control (GNC) effort required during a mission and to provide responsive launch capability. FLPP is currently investigating On-Board Real-Time Trajectory Guidance Optimisation technology for future reusable launchers.

A new low-cost avionic system heavily benefiting from COTS components and rapid and effective GNC design, verification and validation will be demonstrated with a sounding rocket launch later this year. This will also serve as a useful testing platform to address new technologies in the launcher domain.

Future wireless communication will reduce the need for wiring on launch vehicle structures and increase flexibility.

Future systems and missions

Future systems and missions are intrinsically complex, with some needing long development cycles of up to a decade. ESA therefore seeks early insights into long-term trends and potential evolutions through its New European Space Transportation Solutions (NESTS) initiative. In this context a number of space transportation service and vehicle studies are contracted in open competition with industry, to prepare solutions for the next decade.

Shifting to space logistics, space transportation beyond Low Earth orbit towards higher energy orbits, to the Moon and Mars will require extended capabilities from Ariane 6 and future rockets to deliver end-to-end transportation service. Space Logistics approach of transportation service includes for example extended kick stage concepts to deliver end-to end service beyond access to space alone. Interface with ESA's Directorate of Human and Robotic Exploration for exploration missions will identify future space transportation needs for a post International Space Station vision.