Satelity poháňané vodou? Revolučné palivo, ktoré mení kozmické lety

• Pohon vody pre satelity môže využívať parný pohon (resistojet), elektrolýzu na vodík a kyslík pre spaľovanie alebo vodno-plazmové/iónové motory pre pohon s vysokým ISP.
• Vigoride spoločnosti Momentus Space používa mikrovlnný elektrotermálny motor (MET), ktorý mikrovlnami zo solárnej energie zohrieva vodu na plazmu a vyhadzuje ju ako vysokonenergetický prúd.
• V januári 2023 vykonal Vigoride-5 od Momentus 35 zážihov motora a zvýšil svoju obežnú dráhu o približne 3 km len pomocou vodného pohonu.
• V roku 2018 použili satelity HawkEye 360 Pathfinder a radarový satelit Capella Space vodné motory Comet od DSI na udržiavanie dráhy, čo znamenalo prvé komerčné použitie vodného pohonu vo vesmíre.
• V roku 2019 nasadila Tokijská univerzita CubeSat AQT-D z ISS a testovala vodný resistojet na riadenie orientácie a malé zmeny dráhy.
• NASA Pathfinder Technology Demonstrator-1 (PTD-1) misia v roku 2021 niesla na 6U CubeSate pohonný systém Hydros na báze elektrolýzy vody, aby demonštrovala pohon elektrolýzou vo vesmíre.
• ArianeGroup plánuje demonštráciu ESMS na obežnej dráhe do jesene 2026 s dvojrežimovým vodným motorom, ktorý elektrolyzuje vodu asi za 90 minút a potom vykoná 30-sekundový bipropelantový zážih, čím dosiahne približne 300 sekúnd Isp a údajne zníži náklady na pohon až o tretinu.
• Pale Blue testoval v rokoch 2019 a 2023 motor PBR-20 (1 mN ťah, viac ako 70 s Isp), väčší PBR-50 (10 mN) odštartoval začiatkom 2024 a spoločnosť plánuje prvý vodný iónový motor veľkosti 1U na dvoch misiách D-Orbit v roku 2025.
• Do roku 2024 sa vodné motory stali súčasťou prevádzkových flotíl, pričom satelity Hawkeye 360, Capella a BlackSky Gen-2 používajú Comet vodný pohon na udržiavanie dráhy.
• Demonštrácia WINE v roku 2019 od UCF a Honeybee Robotics ťažila simulovaný asteroidový ľad na získanie vody a pohon parného raketového motora, čo ilustruje potenciál pre dotankovanie vo vesmíre a „život z miestnych zdrojov“.

Predstavte si budúcnosť, kde satelity poháňa nie toxické palivo alebo vzácne plyny, ale obyčajná voda. Možno to znie ako sci-fi, ale pohony satelitov na vodu sa rýchlo stávajú realitou. Tieto nové pohonné systémy používajú H₂O ako pohonnú látku – buď vypúšťajú prehriatu paru, alebo rozkladajú vodu na vodík a kyslík na spaľovanie – na manévrovanie družíc na obežnej dráhe. Výhody sú jasné: voda je lacná, dostupná, ekologická a oveľa bezpečnejšia na manipuláciu ako tradičné raketové palivá esa.int, nasa.gov. Ako povedal bývalý astronaut Chris Hadfield, možnosť poháňať vesmírne lode len solárnou energiou a destilovanou vodou je „veľká sloboda“, najmä keďže voda je vo vesmíre široko dostupná (od mesačných kráterov po kometárny ľad) spaceref.com. V tejto správe sa pozrieme na to, ako vodný pohon funguje, aké má výhody a nevýhody a na najnovšie prelomové objavy (do roku 2025), ktoré posúvajú túto technológiu z experimentálnych demonštrácií do bežného používania.

Ako fungujú satelitné motory poháňané vodou?

Samotná voda nehorí ako bežné palivo – je to reakčná hmota, ktorá sa energizuje a vypudzuje na vytvorenie ťahu. Existuje niekoľko dôvtipných spôsobov, ako inžinieri umožnili vznik motorov poháňaných vodou:

• Parný pohon (elektrotermálne motory): Najjednoduchším prístupom je zohriať vodu na vysokotlakovú paru a vypúšťať ju tryskou na vytvorenie ťahu. Tieto „parné rakety“ alebo rezistojety používajú elektrické ohrievače alebo mikrovlnnú energiu na varenie vody. Napríklad vozidlo Vigoride od Momentus Space používa mikrovlnný elektrotermálny motor (MET), ktorý „zohrieva vodu mikrovlnami pomocou solárnej energie“ až kým sa nezmení na plazmu, ktorá je potom vystrelená ako vysokonenergetický prúd spaceref.com. Je to podobné, ako keby ste dali trysku na kanvicu alebo mikrovlnnú rúru – vypudená horúca para poháňa satelit. Parné motory majú nízky ťah, ale sú veľmi bezpečné a mechanicky jednoduché. Japonský startup Pale Blue takýto systém úspešne otestoval na obežnej dráhe v roku 2023, keď pomocou vodného rezistojetu upravil dráhu malého satelitu Sony o niekoľko kilometrov phys.org. Dizajn Pale Blue uchováva vodu pri nízkom tlaku a odparuje ju pri miernych teplotách, pričom tento prístup umožnil dvojminútové nepretržité spaľovanie vo vesmíre phys.org.
• Elektrolýza (vodné raketové motory): Energetickejšou metódou je rozštiepenie vody na vodík a kyslík (pomocou elektrolýzy) a následné spaľovanie tejto zmesi v mini raketovom motore. V podstate satelit nesie nepretlakovanú kvapalnú vodu a potom využíva elektrickú energiu zo solárnych panelov na výrobu horľavých plynov podľa potreby. NASA Hydros motor, vyvinutý s Tethers Unlimited, bol priekopníkom tohto prístupu spinoff.nasa.gov. Po vstupe na obežnú dráhu Hydros elektrolýzou rozkladá vodu na H₂ a O₂, ktoré sa ukladajú do vakov, a potom ich zapaľuje v komore na krátke zážihy spinoff.nasa.gov. Je to „hybrid elektrického a chemického pohonu“, vysvetľuje generálny riaditeľ Tethers Unlimited Robert Hoyt – solárna energia rozkladá vodu, ale výsledné spaľovanie poskytuje silný záber spinoff.nasa.gov. Európski inžinieri v ArianeGroup pracujú na podobnom systéme: veľká nádrž na vodu zásobuje elektrolýzer, pričom vodík/kyslík sa zapaľujú po približne 90 minútach generovania, čo prináša asi 30 sekúnd záberu na cyklus ariane.group. Tento cyklický proces nabíjania a spaľovania dokáže dodať oveľa vyšší ťah než elektrické iónové motory (ArianeGroup odhaduje až 14× vyšší ťah na vstupný výkon než Hallove iónové motory) esa.int. Nevýhodou je stredný špecifický impulz – teda účinnosť paliva – ktorý sa pohybuje medzi konvenčným chemickým a elektrickým pohonom esa.int. Napriek tomu je výkon pôsobivý: „Hydrazín má špecifický impulz 200 s oproti 300 s pri vode,“ poznamenáva Jean-Marie Le Cocq z ArianeGroup, ktorý porovnáva ich vodný motor priaznivo s toxickým palivom, ktoré by mohol nahradiť ariane.group.
• Iónové a plazmové motory využívajúce vodu: Voda môže slúžiť aj ako pohonná látka v pokročilých elektrických pohonných systémoch. V týchto konštrukciách je vodná para ionizovaná alebo inak excitovaná na plazmu, ktorá je potom urýchľovaná elektromagnetickými poľami na generovanie ťahu (podobne ako xenónový iónový motor). Napríklad spoločnosť Pale Blue vyvíja vodný iónový motor, ktorý využíva mikrovlnný plazmový zdroj na atomizáciu molekúl vody a vypudzovanie iónov na ťah phys.org. Takéto systémy môžu dosiahnuť oveľa vyšší špecifický impulz (500+ sekúnd), pretože pohonná látka je vypudzovaná extrémnymi rýchlosťami reddit.com. Podobne vedci testovali vodou napájané oblúkové motory (~550 s Isp) a mikrovlnné plazmové motory (až do 800 s Isp) reddit.com – výkony porovnateľné alebo lepšie ako mnohé najmodernejšie elektrické motory. Výzvou je tu riadenie generovania plazmy a zabránenie korózii elektród spôsobenej vedľajšími produktmi vody. Potenciál je však obrovský: vodné motory s vysokým Isp by mohli urobiť vodu hmotnostne efektívnejšou ako tradičné palivá pre určité misie reddit.com. Ide stále o rozvíjajúce sa technológie; prvé demonštrácie vodného iónového motora spoločnosti Pale Blue na obežnej dráhe sú naplánované na rok 2025 prostredníctvom dvoch misií s nosnou kozmickou loďou D-Orbit payloadspace.com. V budúcnosti by hybridné motory mohli dokonca kombinovať režimy – napr. duálny systém, ktorý ponúka vysokotlakové parné zážihy, keď je to potrebné, a efektívny iónový pohon na dlhodobé cestovanie phys.org.

Vo všetkých prípadoch je jadrom myšlienky využitie elektrickej energie (zo solárnych panelov) na pridanie kinetickej energie vodnej hmote a jej vypudenie na pohon. Voda sama o sebe je inertná a netoxická, čo ju robí mimoriadne pohodlnou – môže byť skladovaná v kvapalnej forme (pri štarte nie sú potrebné vysokotlakové nádrže) a nehrozí výbuch ani otrava obsluhy. Pohon sa „prebudí“ až po tom, čo je satelit bezpečne na obežnej dráhe a je k dispozícii energia na ohrev alebo elektrolýzu vody. Táto povaha na požiadanie je presne dôvodom, prečo NASA investuje do pohonov na báze vody pre malé satelity: „PTD-1 splní túto potrebu prvou demonštráciou pohonného systému na báze elektrolýzy vody vo vesmíre,“ povedal David Mayer, projektový manažér testovacej misie v roku 2021 nasa.gov. Nasledujúce časti preskúmajú, prečo je tento koncept taký atraktívny – a aké výzvy ešte zostávajú.

Výhody vodného pohonu

Bezpečnosť a jednoduchosť: Tradičné pohonné látky satelitov ako hydrazín alebo xenón sú buď vysoko toxické, korozívne, alebo vyžadujú silné stlačenie. Voda je naopak „najbezpečnejšie raketové palivo, aké poznám,“ poznamenáva Mayer nasa.gov. Je netoxická, nehorľavá a stabilná pri izbovej teplote, čo výrazne zjednodušuje a zlacňuje integráciu aj štart nasa.gov. Nie sú potrebné ochranné obleky ani zložité postupy plnenia paliva – „môžete to nechať na študentov a neotrávia sa,“ žartuje CEO spoločnosti Tethers Unlimited spinoff.nasa.gov. Tento bezpečnostný faktor je obzvlášť dôležitý pre CubeSaty zdieľajúce raketu s drahými hlavnými nákladmi, kde prísne pravidlá často zakazujú výbušniny alebo vysokotlakové nádrže na palube nasa.gov. Systémy poháňané vodou zostávajú neškodné až do aktivácie na obežnej dráhe, čím sa znižujú obavy o bezpečnosť štartovacej oblasti. To otvorilo dvere aj pre miniatúrne CubeSaty, ktoré predtým nemohli mať pohon kvôli bezpečnostným obmedzeniam paliva.

Nízke náklady a všadeprítomnosť: Voda je mimoriadne lacná a univerzálne dostupná. Neexistujú žiadne úzke miesta v dodávateľskom reťazci – akékoľvek štartovacie miesto na svete môže ľahko získať čistú vodu (a trochu ju rozliať bez následkov). „Voda je dostupná všade na Zemi a dá sa prepravovať bez rizika,“ zdôrazňuje Nicholas Harmansa zo spoločnosti ArianeGroup, ktorý je presvedčený, že „voda je palivom budúcnosti“ ariane.group. V prepočte na liter stojí voda len pár centov, zatiaľ čo exotické elektrické pohonné látky ako xenónový plyn zaznamenali výkyvy cien a dodávok. Hardvér pre vodné trysky môže byť tiež lacnejší: nie je potrebné používať tlakové nádoby s hrubými stenami ani potrubia na toxické materiály. Celkovo môže podľa odhadov ArianeGroup použitie vody znížiť náklady na pohonný systém až trojnásobne v porovnaní s konvenčnými systémami ariane.group. Európska vesmírna agentúra zistila, že satelit s hmotnosťou 1 tona by mohol ušetriť približne 20 kg hmotnosti prechodom z hydrazínu na motor s elektrolýzou vody, okrem „výrazne znížených nákladov na manipuláciu a tankovanie“ esa.intesa.int. Pre komerčných prevádzkovateľov tieto úspory hmotnosti a peňazí znamenajú viac užitočného zaťaženia a menšie riziko.

Dopĺňanie paliva vo vesmíre a udržateľnosť: Možno najvzrušujúcejším prínosom je, ako by vodný pohon mohol umožniť udržateľnú vesmírnu infraštruktúru. Voda nie je bežná len na Zemi – je hojne rozšírená v celej slnečnej sústave. Ľadové usadeniny na Mesiaci, Marse, asteroidoch a mesiacoch ako Európa sú v podstate „vesmírne čerpacie stanice“, ktoré čakajú na využitie mobilityengineeringtech.com. Na rozdiel od toxických palív, ktoré by si vyžadovali zložité chemické továrne na výrobu mimo Zeme, voda sa dá ťažiť a priamo použiť ako pohonná látka po minimálnom spracovaní. To má obrovské dôsledky pre prieskum hlbokého vesmíru: kozmická loď by si mohla doplniť nádrže zberom ľadu v cieľovej destinácii a potom pokračovať v ceste donekonečna. Priekopnícka ukážka tohto konceptu prišla v roku 2019, keď tím z UCF a Honeybee Robotics otestoval prototyp WINE (World Is Not Enough), malý pristávací modul, ktorý ťažil simulovaný asteroidový ľad a použil ho na generovanie parného raketového ťahu en.wikipedia.org. WINE úspešne navŕtal ľadový regolitu, extrahoval vodu a poskočil vo vákuovej komore na prúde pary – čím dokázal, že vozidlo môže „žiť z miestnych zdrojov“ a samo sa dotankovať pre „večný prieskum“ en.wikipedia.org. Z dlhodobého hľadiska by kozmické lode poháňané vodou mohli cestovať od asteroidu k asteroidu bez potreby doplnenia zásob zo Zeme en.wikipedia.org. Dokonca aj pri operáciách v blízkosti Zeme spoločnosti ako Orbit Fab zvažujú vodu ako kandidáta na služby dopĺňania paliva na obežnej dráhe, vzhľadom na jej jednoduchú manipuláciu. Toto všetko robí z vodného pohonu základný kameň vesmírnej ekonomiky, ktorú sa vizionári snažia vybudovať: „vidíme vodu ako základný zdroj, ktorý je kľúčom k tejto ekonomike,“ hovorí Hoyt, ktorý navrhuje ďalšiu generáciu Hydros motorov s portami na dopĺňanie paliva pre neobmedzenú životnosť spinoff.nasa.gov.

Environmentálna a prevádzková čistota: Ako zelené palivo, voda neprodukuje žiadne škodlivé výfukové plyny – len vodnú paru alebo stopové množstvo vodíka/kyslíka, ktoré sa rýchlo rozptýli. To je skvelé nielen pre životné prostredie Zeme, ale aj pre citlivé systémy kozmických lodí. Optické senzory alebo sledovače hviezd nebudú zahmlené zvyškami a nehrozí riziko korozívneho pôsobenia spalín na citlivé povrchy mobilityengineeringtech.com. Chris Hadfield poukazuje na to, že trysky na báze vody sú ideálne pre servisné misie, ako je zvyšovanie obežnej dráhy starnúceho Hubblovho vesmírneho teleskopu, pretože „nemôžu [Hubble] postriekať žiadnym zvyškom z paliva“ spaceref.com. Jemný, kontrolovaný ťah z vodného plazmového motora môže zvyšovať alebo znižovať obežné dráhy bez intenzívnych otrasov chemických motorov, čím sa znižuje mechanické namáhanie počas citlivých operácií spaceref.com. Zhrnuté, pohon na vodu je nielen priateľskejší k tým, ktorí satelity vypúšťajú a stavajú, ale aj k samotným satelitom a ich nebeským susedom.

Ilustrácia malého satelitu využívajúceho trysku na báze vody na obežnej dráhe. Pohon na vodu je možné dosiahnuť elektrickým ohrevom alebo elektrolýzou vody na vytvorenie ťahu, čo ponúka bezpečnejšiu a „zelenšiu“ alternatívu k tradičným chemickým raketám nasa.govnasa.gov.

Výzvy a obmedzenia

Ak je pohon na vodu taký skvelý, prečo ho už nepoužívajú všetky satelity? Ako pri každej novej technológii, existujú kompromisy a prekážky, ktoré treba prekonať:

Nižší ťah (v niektorých režimoch): Rezistojetové motory na čistú vodu majú zvyčajne oveľa nižší ťah v porovnaní s chemickými raketami. Vriaca voda sa dá vypudiť len určitým tempom (typicky poskytuje špecifický impulz v rozmedzí 50–100 sekúnd pre jednoduché parné motory reddit.com, blog.satsearch.co). To je v poriadku pre malé CubeSaty, ktoré robia jemné úpravy, ale znamená to, že manévre sú pomalé. Parný motor s Isp 50 s poskytuje „oveľa horší pomer výkonu k cene“ z hľadiska impulzu ako typický hydrazínový motor s Isp 300 s reddit.com. Priemysel na to reaguje prechodom na energeticky náročnejšie prístupy, ako sú plazmové motory (Isp 500+ s) a spaľovanie vodnej bipropelantnej zmesi (~300 s Isp) reddit.com, ariane.group. Stále však pomer ťahu k výkonu zostáva obmedzujúcim faktorom – na získanie zmysluplného ťahu z vody potrebujete dostatok elektrickej energie. Na malých satelitoch je výkon obmedzený, takže existuje strop pre ťah, pokiaľ nenesú veľké solárne panely alebo iné zdroje energie. Preto aj tie najlepšie vodíkové iónové motory budú vhodné na pomalé zvyšovanie dráhy, nie na rýchle orbitálne presuny (zatiaľ). Inžinieri musia starostlivo zvážiť, či je možné požiadavky misie na delta-V a čas splniť s elektrickým vodným motorom, alebo je potrebný chemický systém s vyšším ťahom.

Energetické a tepelné nároky: Voda sa síce ľahko skladuje, ale jej premena na horúci plyn alebo plazmu si vyžaduje veľa energie. Najmä elektrolýza je energeticky náročná – štiepenie vody je zo svojej podstaty neefektívne a potom je ešte potrebné zapáliť vzniknuté plyny. Elektrolyzéry a ohrievače pridávajú zložitosť a môžu byť miestom zlyhania. Ďalším problémom je riadenie tepla: varné alebo plazmové systémy môžu pracovať pri vysokých teplotách, čo je vo vákuu vesmíru náročné, keďže chladenie je ťažké. Hoyt zo spoločnosti Tethers Unlimited poukázal na materiálové výzvy pri práci s „vodíkom, kyslíkom a prehriatou parou“ – korózia a kontaminácia môžu ľahko znehodnotiť systém spinoff.nasa.gov. Konštruktéri musia používať špeciálne povlaky a ultračistú vodu, aby zabránili zanášaniu elektród a zabezpečili dlhú životnosť spinoff.nasa.gov. Tieto problémy sa postupne riešia (napríklad lepšími materiálmi a oddelením elektrolyzéra od spaľovacej komory), ale trvalo roky výskumu a vývoja, kým sa podarilo vytvoriť spoľahlivý motor. V skutočnosti, hoci NASA teoretizovala o vodných raketách už od 60. rokov, až nedávno sa objavil „praktický motor na vodnú elektrolýzu“ vďaka týmto technickým prekážkamspinoff.nasa.gov.

Výkon verzus skladovanie: Voda je objemná. Má slušnú hustotu (1 g/ml, podobne ako mnohé kvapalné palivá), ale sama o sebe neposkytuje žiadnu chemickú energiu. To znamená, že pri misiách s vysokým delta-V môže byť nádrž na vodu väčšia ako nádrž na energetickejšie pohonné látky. Výhodou vody je, že pokročilé motory môžu dodávať externú energiu, aby to vykompenzovali. Napríklad mikrovlnný elektrotermálny motor, ktorý dodáva vode 5 kW, môže dosiahnuť ~800 s Isp reddit.com, čím z každej kvapky vody vyťaží viac výkonu. Takéto úrovne výkonu sú však dostupné len na väčších kozmických lodiach. Malé satelity môžu byť obmedzené na nižšie Isp, čo robí vodu menej efektívnou z hľadiska hmotnosti. Problémom je aj riadenie vody na obežnej dráhe: môže zamrznúť, ak nie sú potrubia alebo nádrže vyhrievané, alebo môže spôsobiť nestabilitu ťahu, ak nepredvídateľne prejde do pary. Inžinieri to riešia starostlivou tepelnou reguláciou a reguláciou tlaku (napr. udržiavaním vody mierne pod tlakom, aby zostala kvapalná až do požadovaného odparenia phys.org). Okrem toho, hoci voda nie je pri štarte pod tlakom, niektoré systémy ju musia v kozme natlakovať (alebo skladovať elektrolyzované plyny v nádržiach pod tlakom). To opäť zavádza určitú zložitosť tlakových systémov, hoci až po dosiahnutí obežnej dráhy. Plánovači misií musia tiež zohľadniť odparovanie pohonnej látky – voda v ohrievanej nádrži môže počas dlhej misie unikať alebo sa odparovať, ak nie je správne utesnená a chladená.

Letová história a dôvera: K roku 2025 je vodný pohon stále relatívne novým hráčom v prevádzkových flotilách. Mnohí prevádzkovatelia satelitov zaujímajú postoj „počkáme a uvidíme“, pretože chcú mať istotu, že technológia je overená. Prví priekopníci ako HawkEye 360 (ktorý letel s vodnými motormi v roku 2018) a Sonyho program Star Sphere (2023) pomohli budovať dôveru geekwire.com, phys.org. Konzervatívni zákazníci však môžu potrebovať viac demonštrácií, najmä pri kritických misiách, skôr než sa vzdajú osvedčených chemických motorov. Objavili sa aj menšie problémy: napríklad NASA misia Pathfinder Technology Demonstrator-1 (PTD-1) v roku 2021 mala za cieľ overiť motor Hydros od Tethers na obežnej dráhe nasa.gov. Hoci bola misia vo veľkej miere úspešná, akékoľvek anomálie alebo nedostatočný výkon (ak sa vyskytli) sú poučením pre budúce verzie. Stojí za zmienku, že aj úspešné testy mali zatiaľ obmedzené trvanie (minúty zážihu). Dlhodobá výdrž týchto systémov (stovky zážihov počas rokov) sa testuje, ale zatiaľ nie je úplne overená vo vesmíre. To sa však rýchlo mení, keďže spoločnosti ako Momentus už odpálili svoje vodné motory na obežnej dráhe desiatky krát nasdaq.com. Každá nová misia rozširuje možnosti a približuje vodný pohon k bežnej voľbe. Medzitým inžinieri a regulátori starostlivo hodnotia tieto motory, aby stanovili štandardy a najlepšie postupy (napríklad zabezpečenie, že „vodou poháňaný“ satelit môže byť na konci životnosti bezpečne deorbitovaný rezervovaním trochu vody na záverečný deorbitačný zážih – požiadavka na zníženie vesmírneho odpadu).

Stručne povedané, obmedzenia vodného pohonu – nižší okamžitý ťah, energetické nároky a riziko raného vývoja – znamenajú, že zatiaľ nejde o univerzálne riešenie pre každú situáciu. Rýchly pokrok v posledných rokoch však naznačuje, že tieto výzvy sa prekonávajú jednu po druhej, ako si ukážeme ďalej v kontexte reálnych misií a hráčov.

Prvé inovácie a historické míľniky

Koncept použitia vody ako pohonného média vo vesmíre sa objavuje už desaťročia. Výskumníci NASA v ére Apolla si uvedomovali, že vodu je možné premeniť na vodík/kyslík – tú istú silnú kombináciu, ktorá poháňala raketoplány – ak by bol vo vesmíre dostupný zdroj energie spinoff.nasa.gov. Počas 20. storočia však táto myšlienka zostávala len na rysovacích doskách; chemické rakety využívajúce skladovateľné toxické palivá boli jednoducho vyvinutejšie a poskytovali vyšší ťah vzhľadom na vtedajšiu technológiu. Až miniaturizácia satelitov a pokroky v oblasti elektrickej energie priniesli vodnému pohonu nový význam. Tu sú niektoré kľúčové skoré míľniky, ktoré viedli k súčasnému stavu:

• 2011–2017: Nástup CubeSatov (miniatúrnych satelitov zostavených z 10 cm kociek) vytvoril potrebu rovnako malých a bezpečných motorov. Výskumné skupiny začali opäť skúmať vodu ako ideálne pohonné médium pre CubeSaty, keďže mnohí poskytovatelia štartov zakázali chemické palivá pre sekundárne náklady. V roku 2017 tím z Purdue University pod vedením profesorky Aliny Alexeenko predstavil mikrothruster s názvom FEMTA (Film-Evaporation MEMS Tunable Array), ktorý využíva ultračistú vodu mobilityengineeringtech.com. FEMTA používa 10-mikrónové kapiláry vyryté v kremíku; povrchové napätie udržiava vodu na mieste, kým ju ohrievač nevyvarí a nevypustí mikroprúdy pary. V testoch vo vákuovej komore produkoval FEMTA thruster riaditeľný ťah v rozmedzí 6–68 µN so špecifickým impulzom okolo 70 s futurity.org, sciencedirect.com. Štyri FEMTA thruster-y (s celkovým množstvom vody asi ako čajová lyžička) dokázali otočiť 1U CubeSat za menej ako minútu pri spotrebe iba 0,25 W energie mobilityengineeringtech.com. Bol to prelom v dokazovaní, že aj veľmi nízkoenergetické systémy môžu pomocou vody zabezpečiť významné riadenie orientácie. Alexeenko vyzdvihla atraktívnosť vody nielen pre obežné dráhy Zeme, ale aj pre využitie zdrojov vo vesmíre – „Predpokladá sa, že voda je hojná na marťanskom mesiaci Phobos, čo z neho potenciálne robí obrovskú čerpaciu stanicu vo vesmíre… [a] veľmi čisté pohonné médium“ mobilityengineeringtech.com.
• 2018: Prvé operačné použitie vodného pohonu na obežnej dráhe sa uskutočnilo. Americký startup Deep Space Industries (DSI) vyvinul elektrotermálny motor Comet, malé zariadenie, ktoré varí vodu a vystreľuje ju na manévrovanie malých satelitov. V decembri 2018 leteli motory Comet od DSI na štyroch komerčných satelitoch: tri boli pre rádiofrekvenčnú konšteláciu HawkEye 360 a jeden pre demonštračný radarový satelit Capella Space geekwire.com. Tieto malé satelity úspešne použili vodný pohon na úpravu svojej obežnej dráhy, čím sa zaznamenal debut vodou poháňaných motorov pracujúcich vo vesmíre. Približne v rovnakom čase bol z ISS vypustený japonský 3U CubeSat s názvom AQT-D (Aqua Thruster-Demonstrator), vyvinutý na Tokijskej univerzite. AQT-D testoval v roku 2019 v obežnej dráhe systém vodného resistojetu, pričom demonštroval zmenu orientácie a drobné zmeny dráhy; išlo o skorý test vo vesmíre zo strany Japonska, ktorý položil základy pre neskorší startup Pale Blue blog.satsearch.co.
• 2019: Záujem NASA o vodný pohon prešiel z teórie do praxe. Spoločnosť Tethers Unlimited, v rámci zmlúv NASA SBIR a partnerstva „Tipping Point“, dodala letovo pripravený motor HYDROS-C pre CubeSatyspinoff.nasa.govspinoff.nasa.gov. NASA ho integrovala do misie Pathfinder Technology Demonstrator 1 (PTD-1), 6U CubeSat. Hoci bol štart odložený na rok 2021, cieľom tejto misie bolo byť „prvou demonštráciou elektrolytického pohonného systému na báze vody vo vesmíre“ nasa.gov. Samotné schválenie vodného pohonného nákladu naznačovalo dôveru NASA v jeho bezpečnosť a využiteľnosť pre malé misie. V súkromnom sektore bola DSI v roku 2019 odkúpená spoločnosťou Bradford Space geekwire.com, čím sa DSI plne zamerala na pohon. Bradford pokračoval v marketingu motora Comet ako netoxickej alternatívy pre malé satelity a všimli si to aj veľkí integrátori – LeoStella (výrobca konštelácie na pozorovanie Zeme BlackSky) sa rozhodla použiť vodné motory Comet pre svoje pripravované satelity geekwire.com. Do konca roka 2019 bolo jasné, že vodný pohon sa posunul z laboratórnych prototypov do reálnych kozmických lodí a priťahoval vážne investície.
• 2020–2021: Niekoľko významných udalostí udržalo vodné trysky v centre pozornosti médií. Startup so sídlom vo Washingtone Momentus Inc. sa objavil s odvážnymi plánmi na vesmírne ťahače (orbitálne transportné vozidlá) poháňané vodnými plazmovými motormi. Momentus, ktorý spoluzaložil ruský podnikateľ, vzbudil pozornosť svojimi sľubmi o „vodnom plazmovom pohone“, hoci regulačné prekážky oddialili jeho prvé štarty na rok 2021. Medzitým v roku 2020 japonský startup Pale Blue Inc., ktorý vznikol v laboratóriách Tokijskej univerzity, sa zameral na komercializáciu vodného pohonu na japonskom aj globálnom trhu phys.org. Ich plán zahŕňal malé rezistojetové jednotky a pokročilejšie iónové a Hallove trysky využívajúce vodu. Začiatkom roku 2021 NASA konečne vypustila PTD-1 (na SpaceX Transporter-1 rideshare) s Hydros tryskou nasa.gov. Počas 4-6 mesačnej misie mal PTD-1 vykonávať zmeny dráhy pomocou vodného paliva, čím mal preukázať výkon a spoľahlivosť potrebnú pre budúce využitie nasa.gov. Táto misia bola vyvrcholením takmer desaťročnej práce spoločnosti Tethers a NASA, pričom ukázala, že aj satelit veľkosti škatule od topánok môže mať „nízkonákladový, vysokovýkonný pohonný systém“ využívajúci vodu nasa.gov. V roku 2021 Európska vesmírna agentúra dokončila štúdiu o životaschopnosti vodného pohonu, pričom ho identifikovala ako najlepšiu voľbu pre určité triedy misií (najmä 1-tonové satelity na nízkej obežnej dráhe Zeme) a podnietila spoločnosti ako nemecká OMNIDEA-RTG k začatiu vývoja v Európe esa.intesa.int.

Táto raná história pripravila pôdu tým, že dokázala koncept a rané prijatie. Ďalej sa pozrieme na súčasných hráčov, ktorí škálujú vodný pohon a na misie, ktoré predvádzajú jeho schopnosti.

Kľúčoví hráči, ktorí posúvajú vodný pohon vpred

Do roku 2025 živý ekosystém spoločností a vesmírnych agentúr posúva pohon na báze vody od demonštrácie k nasadeniu. Tu sú niektoré z významných organizácií a ich príspevky:

• Tethers Unlimited (USA) & NASA: Tethers Unlimited (TUI) bola priekopníkom so svojimi Hydros vodno-elektrolytickými motormi, vyvinutými vďaka financovaniu NASA SBIR spinoff.nasa.gov. V partnerstve s NASA Ames a Glenn TUI vypustila Hydros-C na misii NASA PTD-1, čím sa stala priekopníkom vodného pohonu v CubeSatoch spinoff.nasa.gov. TUI tiež postavila väčšie jednotky Hydros-M pre satelity s hmotnosťou 50–200 kg v rámci kontraktu NASA Tipping Point a dodala motory spoločnosti Millennium Space Systems na testovanie spinoff.nasa.gov. Pokračujúca podpora NASA (prostredníctvom programov ako Small Spacecraft Technology a pripravovaných misií On-orbit Servicing) naznačuje silnú dôveru agentúry vo vodné pohonné látky pre bezpečné, dopĺňateľné kozmické lode. Generálny riaditeľ TUI Hoyt si predstavuje, že vodné motory budú v budúcnosti vybavené portami na dopĺňanie paliva, schopné dopĺňať zásoby z depotov Orbit Fab alebo z ťažby asteroidov spinoff.nasa.gov.
• Momentus Inc. (USA): Momentus vyvinul jedinečný Mikrovlnný elektrotermálny motor (MET), ktorý využíva vodu na vytváranie plazmových trysiek, a integroval ho do orbitálneho transferového zariadenia Vigoride. Napriek ťažkostiam (vrátane preverovania zo strany amerických regulačných orgánov a oneskoreného SPAC zlúčenia) Momentus úspešne uskutočnil niekoľko demonštračných letov Vigoride v rokoch 2022–2023. Počas misie Vigoride-5 v januári 2023 Momentus „otestoval svoj MET motor na obežnej dráhe s 35 zážihmi“, čím overil výkon motora v rôznych prípadoch použitia nasdaq.com. V jednom teste Vigoride-5 zvýšil svoju obežnú dráhu o ~3 km len pomocou vodného pohonu spaceref.com. Člen predstavenstva spoločnosti Chris Hadfield bol hlasným podporovateľom, pričom zdôraznil, že „nachádzame oveľa viac vody v našej slnečnej sústave“, ktorú možno použiť ako pohonnú látku, a že MET od Momentusu je v podstate „tryska na mikrovlnke“, ktorá dokáže dokonca premeniť vodu na plazmu pre pohon spaceref.com. Momentus teraz ponúka služby vesmírneho „shuttle“, pričom využíva nízke náklady na vodu, aby mohol potenciálne konkurovať cenou. Navrhli tiež ambiciózne projekty, ako napríklad použitie vodného ťahača na zvýšenie obežnej dráhy Hubblovho teleskopu a predĺženie jeho životnosti spaceref.com. Hoci Momentus ešte len dokazuje svoju komerčnú životaschopnosť, nepopierateľne posunul technológiu vpred tým, že opakovane demonštroval škálovateľný vodný pohonný systém na obežnej dráhe.
• Pale Blue (Japonsko): Startup vzniknutý na Tokijskej univerzite, Pale Blue je meno, ktoré treba sledovať v oblasti vodného pohonu v Ázii. V marci 2023 vodný resistojetový motor Pale Blue poháňal Sonyho EYE satelit (projekt Star Sphere) – prvé odpálenie súkromne vyvinutého japonského vodného motora na obežnej dráhe phys.org. Motor vykonal dvojminútové zážihy, ktoré zmenili dráhu CubeSatu podľa plánu, čo je veľký míľnik pre spoločnosť phys.org. Pale Blue ponúka škálu motorov: od PBR- série (10, 20, 50) resistojetových modulov pre malé satelity, cez pripravovaný PBI vodný iónový motor až po plánovaný vodný Hallov motor (PBH) do roku 2028 blog.satsearch.co. Ich motor PBR-20 (1 mN ťah, >70 s Isp) bol testovaný v letoch v rokoch 2019 a 2023 a väčší PBR-50 (10 mN ťah) odštartoval na svoju prvú misiu začiatkom roku 2024 blog.satsearch.co. V roku 2025 má Pale Blue predviesť prvý vodný iónový motor veľkosti 1U na svete na dvoch rideshare misiách D-Orbit (jún a október) payloadspace.com. Japonská vláda silno podporuje Pale Blue – v roku 2024 získala spoločnosť až 27 miliónov dolárov na rozvoj vodného pohonu pre komerčné a obranné aplikácie (čo signalizuje národný záujem o netoxický pohon pre satelity). S partnerstvami (napríklad s talianskou firmou D-Orbit) a významným financovaním chce Pale Blue narušiť trh s pohonom malých satelitov bezpečnými, dopĺňateľnými vodnými systémami.
• Bradford Space (USA/Európa): Po akvizícii spoločnosti Deep Space Industries v roku 2019 Bradford Space zdedil Comet vodný pohonný systém a odvtedy ho dodáva viacerým satelitným misiám. Comet je označovaný ako „prvý operačný vodný pohonný systém na svete“ a implementovalo ho už niekoľko zákazníkov geekwire.com. Výrazne ho využili pathfinder satelity HawkEye 360 a Whitney demo satelit spoločnosti Capella v roku 2018, ktoré použili Comet thruster na udržiavanie dráhy geekwire.com. Výrobca zo Seattlu, LeoStella, si tiež vybral motory Comet pre druhú generáciu zobrazovacích satelitov BlackSky, ktoré vyrába, čo naznačuje dôveru v spoľahlivosť systému Comet geekwire.com. Comet thruster poskytuje približne 17 mN ťahu a 175 s Isp blog.satsearch.co, pričom využíva elektrotermálny ohrievač na vypúšťanie vodnej pary. Bradford ho propaguje ako „štartom bezpečnú“ náhradu za hydrazínové systémy pre malé a stredné satelity blog.satsearch.co. S kanceláriami v USA a Európe Bradford tiež integruje technológiu Comet do budúcich návrhov misií do hlbokého vesmíru (napr. ich navrhovaný Xplorer vesmírny autobus pre misie k asteroidom by mohol využívať vodný pohon na manévrovanie v hlbokom vesmíre geekwire.com). S rastúcim počtom konštelácií sa produkcia letovo overených vodných thrusterov od Bradfordu stáva kľúčovou pre spoločnosti, ktoré chcú vo veľkom využívať nehazardné pohonné systémy.
• ArianeGroup & európski partneri (EÚ): V Európe prevzala hlavný letecký a kozmický dodávateľ ArianeGroup vedenie vo vývoji pohonu na báze vody, s cieľom vybaviť satelity novej generácie na LEO a MEO. Na ich pracovisku v Lampoldshausene v Nemecku tím ArianeGroup postavil hybridný elektro-chemický vodný motor (veľmi podobný konceptu Hydros od Tethers) ariane.group. Koncom roka 2023 zverejnili podrobnosti: systém dokáže elektrolyzovať vodu za približne 90 minút a potom vykonať 30-sekundové spaľovanie bipropelantu, s celkovým špecifickým impulzom okolo 300 sekúnd ariane.group. Dizajn je modulárny a škálovateľný – môžu zvýšiť počet článkov elektrolyzéra, veľkosť nádrže alebo počet spaľovacích komôr podľa požiadaviek rôznych satelitov ariane.group. ArianeGroup tvrdí, že systém môže byť „trikrát menej nákladný“ ako súčasný chemický pohon pre konštelácie ariane.group. S podporou ESA a DLR (nemecká vesmírna agentúra) plánuje ArianeGroup demonštráciu na obežnej dráhe do jesene 2026 na satelite ESMS, ktorý bude využívať vodný motor na úpravy dráhy a udržiavanie pozície ariane.group. Táto demonštrácia overí prevádzku elektrolyzéra v mikrogravitácii a výkon dvojrežimového motora vo vesmíre. Investícia Európy naznačuje, že pohon na báze vody vnímajú ako konkurencieschopnú a udržateľnú alternatívu pre satelitné siete, najmä vzhľadom na pripravované regulácie, ktoré presadzujú „zelené“ pohonné látky na zníženie rizík pri štarte.
• Ďalšie pozoruhodné startupy: Okrem vyššie uvedených veľkých mien inovuje v oblasti vodného pohonu množstvo startupov po celom svete. Aurora Propulsion Technologies (Fínsko) ponúka malé vodné motory série ARM pre CubeSaty, vrátane modulov na plnú 3-osovú kontrolu 1U–12U satelitov pomocou miniatúrnych vodných mikrotrysiek blog.satsearch.co. SteamJet Space Systems (Veľká Británia) vyvinula výstižne pomenované Steam Thruster One a “TunaCan” thruster, čo sú kompaktné elektrotermálne vodné motory, ktoré sa zmestia do nevyužitého priestoru v CubeSat deployeroch blog.satsearch.co. Tieto boli letovo overené aspoň na jednej CubeSat misii, čo ukazuje, že aj nano-satelity môžu vykonávať orbitálne manévre s trochou ohriatej vody blog.satsearch.co. Vo Francúzsku spoločnosť ThrustMe (známa jódovými elektrickými motormi) skúmala vodu ako pohonnú látku v niektorých konceptoch a v Taliansku startupy financované ESA tiež zvažujú vodu pre horné stupne malých nosičov alebo orbitálne vlečné lode. Zaujímavým účastníkom je aj URA Thrusters, ktorý predstavil sadu systémov poháňaných vodou – od Hallovho motora, ktorý môže využívať vodnú paru alebo kyslík blog.satsearch.co, cez “ICE” elektrolyzérové motory, ktoré kombinujú delenie vody v mierke MEMS a spaľovanie blog.satsearch.co, až po Hydra hybrid, ktorý spája Hallov motor s chemickým motorom pre flexibilný výkon blog.satsearch.co. Hoci niektoré z týchto riešení sú ešte len na rysovacích doskách, šírka vývoja podčiarkuje jeden fakt: vodný pohon nie je len jednorazová zaujímavosť, ale široké technologické hnutie, ktoré priťahuje inovátorov po celom svete.

Letový prototyp vodného pohonného systému HYDROS-C od Tethers Unlimited pre CubeSaty. Táto kompaktná jednotka obsahuje vodné nádrže, elektrolyzér, plynové vaky a raketovú trysku spinoff.nasa.gov. Takéto systémy zostávajú neaktívne až do dosiahnutia obežnej dráhy, kde sa na rozklad vody na vodík/kyslík na pohon využíva solárna energia.

Misie a míľniky: Vodný pohon v praxi

Skutočné vesmírne misie v posledných rokoch dokázali uskutočniteľnosť pohonov na vodu a naďalej posúvajú ich možnosti. Nižšie je časová os významných misií a demonštrácií, ktoré predstavujú vodný pohon:

• 2018 – Prvé použitie na orbite: Satelity HawkEye 360 Pathfinder (3 vo formácii) a radarový satelit Capella Space využívajú každý vodné trysky Comet od DSI na udržiavanie dráhy po štarte v decembri 2018 geekwire.com. Stali sa prvými komerčnými satelitmi, ktoré fungovali na vodný pohon, úspešne vykonali manévre a overili trysku vo vesmíre.
• 2019 – Demonštrácia z ISS: 3U CubeSat AQT-D (Aquarius) Tokijskej univerzity, vypustený z Medzinárodnej vesmírnej stanice, odpálil svoje vodné rezistojetové trysky na orbite. Systém dosiahol riadenie orientácie a malé zmeny dráhy, čím sa stal prvou japonskou demonštráciou vodného pohonu vo vesmíre. Táto misia dokázala, že viactryskový vodný pohon môže fungovať v mikrogravitácii a položila základy pre neskoršie návrhy Pale Blue blog.satsearch.co.
• 2021 – NASA PTD-1: Pathfinder Technology Demonstrator-1, NASA 6U CubeSat, vykonáva prvý test vodno-elektrolytického pohonu na orbite. S približne 0,5 litra vody motor Hydros na PTD-1 vykonáva naprogramované manévre, čím demonštruje, že rozdelenie vody na H₂/O₂ a ich spaľovanie môže poháňať satelit podľa očakávaní nasa.gov. Táto niekoľkomesačná misia overila výkon, bezpečnosť a schopnosť opätovného štartu systému, čím poskytla malým satelitom novú overenú možnosť riadenia dráhy.
• 2022 – Debut Vigoride: Momentus vypúšťa Vigoride-3 (svoj prvý orbitálny servisný modul) v máji 2022. Hoci počiatočné testy trysiek sú obmedzené (vozidlo zaznamenalo niektoré anomálie v úvodnej prevádzke spacenews.com), misia vytvára základ pre postupné testovanie vodného MET. Momentus nadväzuje kontakt a učí sa ovládať nový pohon v reálnom vesmírnom prostredí news.satnews.com, čím pripravuje vylepšenia pre ďalšie lety.
• 2023 – Viacero úspechov: Tento rok je zlomovým bodom s viacerými víťazstvami vodného pohonu:
  • Momentus Vigoride-5 (január 2023): Úspešne vykonáva 35 zážihov trysiek svojho vodného MET na obežnej dráhe, zvyšuje svoju obežnú dráhu a upravuje orientáciu pomocou vodných plazmových trysiek nasdaq.com. Toto je významný dôkaz, že väčšie zariadenie (~250 kg) môže použiť vodný pohon na zmysluplné zmeny obežnej dráhy.
  • Momentus Vigoride-6 (apríl 2023): Pokračuje v testovaní a dokonca úspešne vykonáva vloženie zákazníka na obežnú dráhu (hoci softvérový problém s časovaním viedol k miernej chybe v sklone dráhy) nasdaq.com. Vigoride-6 zostáva v prevádzke, čo ďalej potvrdzuje spoľahlivosť pohonného systému.
  • Pale Blue EYE Demo (marec 2023): Sony’s EYE CubeSat vykonáva manéver zvýšenia obežnej dráhy pomocou vodného motora Pale Blue približne 120 sekúnd phys.org. Úspech tejto demonštrácie – posunutie satelitu bližšie k cieľovej dráhe pre fotografovanie Zeme – potvrdzuje funkčnosť motora na obežnej dráhe a je široko prezentovaný ako vstup Japonska do oblasti vodného pohonu phys.org.
  • EQUULEUS pri Mesiaci (koniec 2022–2023): Hoci to nebolo široko medializované v hlavnom prúde médií, stojí za zmienku EQUULEUS, CubeSat JAXA-Univ. of Tokyo vypustený k Mesiacu na misii Artemis I (november 2022), niesol vodný resistojetový systém na úpravy trajektórie sciencedirect.com. Použil vodné trysky na úspešné vykonanie korekcií dráhy na ceste k bodu Lagrange Zeme a Mesiaca, čím demonštroval vodný pohon v cislunárnom priestore – prvýkrát pre operácie mimo LEO.
• 2024 – Škálovanie: Vodný pohon sa začína objavovať na viacerých prevádzkových satelitoch:
  • Sériové nasadenia: Ďalšie várky satelitov Hawkeye 360 a novšie SAR satelity Capella naďalej používajú vodné Comet trysky v bežnej prevádzke, pod podporou Bradfordu. Navyše, BlackSky’s Gen-2 satellites vypustené v roku 2024 zahŕňajú Comet vodný pohon na udržiavanie dráhy zobrazovacej konštelácie Zeme geekwire.com.
  • Nové štarty motorov: Väčšie motory PBR-50 od Pale Blue zažijú svoj prvý štart začiatkom roku 2024 na malom satelite v rámci zdieľaného štartu (presná misia nezverejnená), s cieľom poskytnúť ~10 mN ťahu pre mikrosatelit na obežnej dráhe blog.satsearch.co. Toto začína kvalifikáciu vodného pohonu pre väčšie triedy malých satelitov.
  • Infraštruktúra: Spoločnosti ako Orbit Fab oznamujú plány zaradiť vodu medzi palivové možnosti pre svoje navrhované orbitálne palivové sklady a NASA projekt TALOS zvažuje vodou plnené „odhadzovacie nádrže“ pre vlečné lode do hlbokého vesmíru – čo odráža širšie prijatie, že voda bude v nasledujúcich rokoch súčasťou vesmírneho logistického reťazca.
• 2025 – Pripravované a prebiehajúce: Na programe sú vzrušujúce misie:
  • Lety Pale Blue D-Orbit: Prvý vodno-ióntový motor (PBI) bude letovo testovaný na Ion Satellite Carrier od D-Orbit v polovici a koncom roku 2025 payloadspace.com. Tieto testy zmerajú vysoko efektívny ťah a pripravia cestu pre komerčné iónové jednotky využívajúce vodu namiesto xenónu alebo kryptónu.
  • Experiment JAXA RAISE-4: Japonská vesmírna agentúra plánuje v roku 2025 vypustiť technologický demonštračný satelit RAISE-4, ktorý by mal niesť najnovší pohonný systém Pale Blue (pravdepodobne vylepšený PBI) na testovanie na nízkej obežnej dráhe Zeme blog.satsearch.co.
  • Komercializácia Momentus: Spoločnosť Momentus očakáva prechod z čisto testovacích na operačné misie, pričom bude ponúkať prepravu nákladu klientov. Do roku 2025 plánujú začať poskytovať služby zvyšovania obežnej dráhy — napríklad presun malých satelitov zo zdieľanej štartovacej dráhy na požadovanú vyššiu dráhu — výlučne pomocou vodného pohonu. Toto bude skúška ekonomickej životaschopnosti vodných motorov v reálnych misiách.
  • Demonštrácia vodného motora ESA: V Európe sa začínajú záverečné prípravy na misiu Spectrum Monitoring Satellite (ESMS), ktorá je plánovaná na rok 2026 a do roku 2025 bude mať integrovaný vodný pohonný systém a prebiehať budú pozemné testy ariane.group. Ak všetko pôjde dobre, táto misia sa stane prvým komerčným satelitom v plnom rozsahu, ktorý bude využívať vodu ako hlavný pohon (nielen ako demonštračnú jednotku).

Táto časová os ukazuje jasné zrýchlenie: od jednorazových experimentov pred pár rokmi k viacerým družiciam, ktoré dnes využívajú vodu, a mnohým ďalším v príprave. Každý úspech zvyšuje dôveru a skúsenosti, čo následne priťahuje ďalších používateľov. V polovici 20. rokov 21. storočia sa vodný pohon posúva z experimentálnej fázy do bežnej výbavy konštruktérov misií.

Umelecké zobrazenie malého satelitu (Sonyho EYE cubesat), ktorý v roku 2023 použil vodný resistojetový pohon Pale Blue na úpravu svojej obežnej dráhy phys.orgphys.org. Táto demonštrácia znamenala prvé použitie vodného pohonu vo vesmíre japonským startupom a zmena obežnej dráhy satelitu potvrdila výkon pohonu.

Najnovšie prelomové objavy (2024–2025) a čo nás čaká

Posledné dva roky priniesli rýchly pokrok a tento trend bude pokračovať. Nedávne správy a vývoj v rokoch 2024–2025 ukazujú, ako vodný pohon dosahuje nové výšky:

• Financovanie a podpora priemyslu: Vzhľadom na strategickú hodnotu netoxického pohonu investujú vládne agentúry do vodných pohonov. V roku 2024 japonské METI udelilo spoločnosti Pale Blue grant v hodnote niekoľkých miliárd jenov (až do ~$27M) na rozšírenie technológie vodného pohonu pre komerčné a obranné satelity spacenews.com. Táto investícia pomôže Pale Blue zvýšiť úroveň ťahu a vyvinúť väčšie systémy vhodné pre väčšie satelity. Európske programy Horizon taktiež financujú riešenia so zeleným pohonom, pričom vodné konštrukcie sú v popredí, ako dokazuje podpora ESA pre demonštráciu ArianeGroup v roku 2026 ariane.group. Dokonca aj americké ministerstvo obrany prejavilo záujem o bezpečný pohon CubeSatov pre projekty Space Force, kde je bezpečnosť vody predajnou výhodou.
• Výkonnejšie vodné motory: Na technologickom fronte vývojári posúvajú vodné motory k vyššiemu výkonu a efektivite. Jedným z prelomov na obzore sú vodné Hallove thrustre – kombinujú efektivitu Hallových plazmových motorov s vodným pohonom. Plánovaný PBH thruster od Pale Blue na rok 2028 je jedným z príkladov blog.satsearch.co, a konceptuálny systém Hydra od URA Thrusters (dvojitý Hall + chemický) je ďalším blog.satsearch.co. Ak sa ich podarí realizovať, mohli by zvládnuť misie, ktoré dnes dokáže len chemický pohon alebo veľké elektrické motory, ako napríklad rýchle zmeny obežnej dráhy alebo medziplanetárne lety, ale s výhodou jednoduchého dotankovania vodou. Okrem toho Momentus a ďalší skúmajú, ako ešte viac zvýšiť ISP svojich MET, napríklad použitím vyšších mikrovlnných frekvencií alebo nových rezonančných dutín na efektívnejšie prehrievanie vody. Špecifický impulz okolo ~1000 s by mohol byť v ďalších iteráciách na dosah, čo by vodné thrustre pevne zaradilo medzi tradičné iónové motory z hľadiska efektivity.
• Integrácia do konštelácií: Rok 2024 priniesol prvé významné opakované nasadenia vodného pohonu v satelitných konšteláciách. Napríklad každý nový zobrazovací satelit BlackSky je teraz vybavený vodným thrusterom Bradford Comet na udržiavanie dráhy, čo znamená, že desiatky identických družíc budú počas svojej životnosti fungovať na vodný pohon geekwire.com. Druhá generácia klastrov Hawkeye 360 (vypustená 2022–2023) tiež používa vodný pohon na formáciu letu. Toto hlavné prijatie je prelomom samo o sebe – vodný pohon už nie je len jednorazový experiment, ale štandardná súčasť niektorých flotíl. Do budúcnosti mnohé navrhované megakonštelácie pre IoT a pozorovanie Zeme zvažujú ekologické pohonné možnosti a voda je vysoko na tomto zozname vďaka nízkym systémovým nákladom. Ako sa výroba týchto thrusterov rozšíri, jednotkové náklady klesnú, čo ešte viac podporí ich prijatie.
• Nové aplikácie: Inžinieri nachádzajú kreatívne nové spôsoby, ako využiť všestrannosť vody. Jedným z rozvíjaných nápadov je elektrolýzou založené riadenie orientácie – použitie malého množstva plynu získaného elektrolýzou na presné trysky pre riadenie orientácie, pričom sa voda opäť zlučuje v uzavretom okruhu. Ďalším je použitie vody ako pracovnej hmoty v solárnom tepelnom pohone: sústredenie slnečného svetla na priamy ohrev vody na paru pre ťah (v podstate parný kotol vo vesmíre poháňaný Slnkom, čo by mohlo byť veľmi efektívne vo vnútornej slnečnej sústave). Výskumníci tiež testujú palivo na báze vody pre pristávacie moduly a skákadlá pre Mesiac/Mars. NASA-ina lunárna misia Flashlight (hoci nakoniec mala problémy) zvažovala vodu ako kandidátske palivo už v počiatočnom návrhu. A pri pohľade do budúcnosti by voda mohla byť palivom pre jadrové tepelné rakety alebo pohon s prenášanou energiou, kde externý zdroj energie (napríklad pozemný laser) ohrieva vodu na kozmickej lodi na produkciu ťahu reddit.com. Neškodná povaha vody umožňuje tieto nekonvenčné koncepty, ktoré by boli nemysliteľné s toxickými alebo vzácnymi pohonnými látkami.
• Odborné odporúčania: Revolúcia vodného pohonu neunikla pozornosti lídrov vesmírneho priemyslu. Nadšené presadzovanie vodných trysiek spoločnosti Momentus Chrisom Hadfieldom spaceref.com a výroky ako „Som si istý, že voda je palivom budúcnosti“ od európskych projektových manažérov ariane.group odrážajú rastúci konsenzus, že táto technológia je tu, aby zostala. V rozhovoroch a na konferenciách (ako Small Satellite Conference a Space Propulsion Workshop v roku 2024) odborníci vyzdvihli rovnováhu bezpečnosti a výkonu, ktorú vodné systémy ponúkajú. „Dobrý pohonný výkon musí byť vyvážený bezpečnosťou – PTD-1 túto potrebu splní,“ povedal David Mayer z NASA pri predstavovaní prvého demonštračného vodného pohonu nasa.gov. Toto vyjadrenie presne vystihuje, prečo si voda získala pozornosť: nachádza ideálny kompromis medzi vysokým výkonom chemického pohonu a bezpečnosťou elektrického pohonu. Plánovači vesmírnych misií čoraz častejšie opakujú tento názor v odborných publikáciách a panelových diskusiách.

Keď sa nachádzame v roku 2025, trajektória vodou poháňaných satelitných pohonov jasne smeruje nahor. Ďalším veľkým krokom bude pravdepodobne vlajková misia, ktorá sa skutočne spolieha na vodný pohon pri plnení kľúčového cieľa – možno lunárny CubeSat, ktorý použije vodu na vstup na obežnú dráhu Mesiaca, alebo servisné plavidlo, ktoré sa autonómne dotankuje z depa a odtiahne satelit. Každý rok sa posúvajú hranice. Ak budú súčasné trendy pokračovať, koncom 20. rokov 21. storočia by sme mohli vidieť, ako vodné motory poháňajú kozmické lode k asteroidom a späť, zdvíhajú a znižujú stovky satelitov na obežnej dráhe – a to s minimálnym vplyvom na životné prostredie a s úplnou možnosťou dotankovania vo vesmíre. To, čo začalo ako nekonvenčný nápad, sa rozvinulo do praktickej technológie, ktorá by mohla urobiť vesmírne operácie dostupnejšími, udržateľnejšími a flexibilnejšími než kedykoľvek predtým.

Záver: Nová éra poháňaná H₂O

Vodou poháňaný satelitný pohon už nie je futuristický koncept – je tu a osvedčuje sa misiu za misiou. V priebehu niekoľkých rokov sme prešli od prvých obláčikov vodnej pary, ktoré posúvali malý CubeSat, k plne manévrovateľným kozmickým lodiam využívajúcim vodu na zmenu dráhy a vykonávanie zložitých operácií. Príťažlivosť vody ako dokonalého vesmírneho pohonného média spočíva v jej elegantnej jednoduchosti. Ako uvádza technologická správa ESA, voda je „nedostatočne využívaný zdroj – bezpečný na manipuláciu a ekologický“, pričom obsahuje „dve veľmi horľavé pohonné látky po elektrolýze“, v podstate ukrýva silu raketového paliva v neškodnej forme esa.int. Táto dvojitá povaha – jednoduché skladovanie v kvapalnej forme, energetické využitie v plynnej forme – dáva vode jedinečnú výhodu.

Sme svedkami konvergencie faktorov, ktoré robia vodné pohony praktickými: lepšie malé elektrické čerpadlá a ohrievače, účinnejšie solárne panely na ich napájanie, 3D tlačené trysky optimalizované pre paru alebo plazmu a prudko rastúci dopyt po malých satelitoch, ktoré potrebujú nízkonákladový pohon. Výzvy (obmedzený ťah, potreba energie) sa riešia inovatívnym inžinierstvom a úspechy pribúdajú. Dôležité je, že vodný pohon je v súlade so širším úsilím o udržateľnosť vo vesmíre – znižuje toxické chemikálie, umožňuje predĺženie životnosti satelitov vďaka dotankovaniu a dokonca využíva aj mimozemské zdroje. Premieňa vodu z obyčajnej spotrebnej látky na podporu života na všestranný prostriedok mobility pre vesmírnu infraštruktúru.

V predstavách verejnosti bolo „raketové palivo“ vždy niečo exotické alebo nebezpečné. Myšlienka, že voda – tá istá látka, ktorú pijeme a v ktorej sa kúpeme – by mohla poháňať satelity okolo Zeme alebo ďalej, je fascinujúca. Znižuje to bariéru vstupu do vesmírnych projektov (nepotrebujete špeciálne palivá, stačí vynaliezavosť) a vyvoláva predstavy o kozmických lodiach, ktoré sa zastavujú pri mesačných ľadových baniach alebo asteroidových rezervoároch, aby si doplnili nádrže. Technológia sa stále vyvíja, ale jej smerovanie naznačuje, že vodou poháňané pohony by sa mohli stať v satelitoch rovnako bežné, ako sú dnes elektromotory v autách. Ako poznamenal jeden zástupca priemyslu, starý vtip „stačí pridať vodu“ by sa mohol čoskoro vzťahovať aj na budúcnosť vesmírnych ciest.

Na záver, pohon satelitov na vodu predstavuje posun paradigmy smerom k bezpečnejším, čistejším a v konečnom dôsledku rozsiahlejším vesmírnym operáciám. Od malých CubeSatov až po potenciálne medziplanetárne sondy, skromná molekula H₂O dokazuje, že má to správne na to, aby nás posunula ďalej. Ako sa hybnosť (a bez slovnej hračky) naďalej zvyšuje, nebuďte prekvapení, keď ďalší titulok bude znieť: „Vesmírne lode poháňané vodou dorazili na Mesiac – a pokračujú ďalej.“ Vek vodnej rakety sa začal a prináša oceán možností pre ďalšiu generáciu vesmírneho prieskumu spinoff.nasa.gov, spaceref.com.