Sateliti na pogon vode? Revolucionarno pogonsko gorivo koje menja svemirske letove

Pogon na vodu za satelite može koristiti pogon na paru (rezistojet), elektrolizu do vodonika i kiseonika za sagorevanje, ili vodeno-plazma/jonske potisnike za pogon sa visokim ISP.
Vigoride kompanije Momentus Space koristi mikrovalni elektrotermalni potisnik (MET) koji zagreva vodu mikrovalovima pomoću solarne energije, pretvarajući je u plazmu i izbacujući kao mlaz visoke energije.
U januaru 2023. godine, Vigoride-5 kompanije Momentus izveo je 35 paljenja potisnika i podigao svoju orbitu za oko 3 km koristeći isključivo pogon na vodu.
Godine 2018, sateliti HawkEye 360 Pathfinder i radarski satelit kompanije Capella Space koristili su DSI-jeve Comet potisnike na vodu za održavanje orbite, što je označilo prvu komercijalnu upotrebu pogona na vodu u svemiru.
Godine 2019, CubeSat AQT-D Univerziteta u Tokiju, lansiran sa ISS-a, testirao je rezistojet na vodu za kontrolu orijentacije i male promene orbite.
NASA-ina misija Pathfinder Technology Demonstrator-1 (PTD-1) iz 2021. godine nosila je Hydros sistem pogona na bazi elektrolize vode na 6U CubeSat-u, kako bi demonstrirala pogon na elektrolizu u svemiru.
ArianeGroup planira demonstraciju ESMS u orbiti do jeseni 2026. godine sa dvo-režimskim motorom na vodu koji elektrolizuje vodu za oko 90 minuta, a zatim izvodi 30-sekundno sagorevanje bipropelanta, postižući oko 300 sekundi Isp i navodno smanjujući troškove pogona za do trećinu.
Pale Blue-ov potisnik PBR-20 (potisak 1 mN, preko 70 s Isp) testiran je 2019. i 2023. godine, veći PBR-50 (10 mN) lansiran je početkom 2024, a kompanija planira prvi svetski jonski motor na vodu veličine 1U na dva D-Orbit rideshare leta 2025. godine.
Do 2024. godine, potisnici na vodu su ušli u operativne flote, pri čemu sateliti Hawkeye 360, Capella i BlackSky Gen-2 koriste Comet pogon na vodu za održavanje orbite.
Demonstracija WINE iz 2019. godine, koju su izveli UCF i Honeybee Robotics, iskopavala je simulirani led asteroida kako bi izvukla vodu i napajala potisnik na paru, ilustrujući potencijal za dopunu goriva u svemiru i „život od resursa na licu mesta.”

Zamislite budućnost u kojoj satelite ne pokreću toksična goriva ili retki gasovi, već obična voda. Možda zvuči kao naučna fantastika, ali pogoni na vodu za satelite brzo postaju stvarnost. Ovi novi sistemi pogona koriste H₂O kao pogonsko sredstvo – ili izbacujući pregrejanu paru ili razlažući vodu na vodonik i kiseonik za sagorevanje – kako bi upravljali letelicama u orbiti. Privlačnost je očigledna: voda je jeftina, obilna, zelena i mnogo bezbednija za rukovanje od tradicionalnih raketnih goriva ^[1], ^[2]. Kako je penzionisani astronaut Kris Hadfild rekao, mogućnost da se letelica pokreće samo solarnom energijom i destilovanom vodom je „velika sloboda“, posebno jer je voda široko dostupna u svemiru (od lunarnih kratera do leda kometa) ^[3]. U ovom izveštaju, istražićemo kako funkcioniše pogon na vodu, njegove prednosti i mane, kao i najnovija dostignuća (do 2025. godine) koja ovu tehnologiju pomeraju iz eksperimentalnih demonstracija u široku upotrebu.

Како функционишу сателитски потисници на воду?

Вода сама по себи не гори као конвенционално гориво – она је реакциона маса која се енергизује и избацује да би се произвео потисак. Постоји неколико генијалних начина на које су инжењери омогућили моторе на воду:

Погон на пару (електротермални потисници): Најједноставнији приступ је да се вода загреје у пару под високим притиском и избаци кроз млазницу ради стварања потиска. Ови “ракетни мотори на пару” или резистоџет дизајни користе електричне грејаче или микроталасну енергију за кључање воде. На пример, возило Vigoride компаније Momentus Space користи микроталасни електротермални потисник (MET) који “микроталасима загрева воду користећи соларну енергију” док не прокључа у плазму, која се избацује као млаз високе енергије ^[4]. То је слично као да ставите млазницу на чајник или микроталасну пећницу – избачена врела пара гура сателит. Потисници на пару дају мали потисак, али су веома безбедни и механички једноставни. Јапански стартап Pale Blue је доказао овакав систем у орбити 2023. године, користећи резистоџет на воду да подеси орбиту малог Sony сателита за неколико километара ^[5]. Дизајн компаније Pale Blue држи воду под ниским притиском и испарава је на умереним температурама, што је омогућило две минуте непрекидног рада у свемиру ^[6].
Elektroliza (raketni motori na vodu): Energičniji metod je da se voda razdvoji na vodonik i kiseonik u gasovitom stanju (putem elektrolize), a zatim se ta smeša sagoreva u malom raketnom motoru. Suštinski, satelit nosi neprešaničenu tečnu vodu, a zatim koristi električnu energiju iz solarnih panela da po potrebi proizvodi zapaljive gasove. NASA-in Hydros motor, razvijen u saradnji sa Tethers Unlimited, bio je pionir ovog pristupa ^[7]. Kada se nađe u orbiti, Hydros elektrolizom razdvaja vodu na H₂ i O₂ koji se skladište u mehove, a zatim ih pali u komori za kratke impulse potiska ^[8]. To je „hibrid električnog i hemijskog pogona”, objašnjava direktor Tethers Unlimited Robert Hoyt – solarna energija obavlja posao razdvajanja vode, ali sagorevanje daje snažan potisak ^[9]. Evropski inženjeri iz ArianeGroup rade na sličnom sistemu: veliki rezervoar vode napaja elektrolizer, a gasovi vodonika i kiseonika se pale nakon oko 90 minuta generisanja, dajući otprilike 30 sekundi potiska po ciklusu ^[10]. Ovaj ciklični proces punjenja i sagorevanja može da obezbedi nivoe potiska znatno veće od električnih jonizovanih motora (ArianeGroup procenjuje do 14× veći potisak po ulaznoj snazi u poređenju sa jonizovanim motorima sa halovim efektom) ^[11]. Kompromis je umereni specifični impuls – tj. efikasnost goriva – koji je između konvencionalnog hemijskog i električnog pogona ^[12]. Ipak, performanse su impresivne: „Hidrazin ima specifični impuls od 200 s, dok voda ima 300 s,” napominje Jean-Marie Le Cocq iz ArianeGroup, upoređujući njihov vodeni motor u korist u odnosu na toksično gorivo koje bi mogao da zameni ^[13].
Jonski i plazma potisnici koji koriste vodu: Voda takođe može služiti kao pogonsko gorivo u naprednim električnim pogonskim sistemima. U ovim dizajnima, vodena para se jonizuje ili na drugi način pobuđuje u plazmu, a zatim se ubrzava elektromagnetnim poljima kako bi se generisala potisna sila (slično kao kod jonskog motora na ksenon). Na primer, Pale Blue razvija jonski potisnik na vodu koji koristi izvor mikrotalasne plazme za atomizaciju molekula vode i izbacivanje jona radi potiska ^[14]. Takvi sistemi mogu postići mnogo veći specifični impuls (500+ sekundi) jer se pogonsko gorivo izbacuje pri ekstremnim brzinama ^[15]. Slično tome, istraživači su testirali potisnike na vodu sa električnim lukom (~550 s Isp) i mikrotalasne plazma potisnike (do 800 s Isp) ^[16] – performanse koje su u rangu sa ili čak prevazilaze mnoge najsavremenije električne potisnike. Izazov ovde predstavlja upravljanje generisanjem plazme i sprečavanje korozije elektroda usled nusproizvoda vode. Ali potencijal je ogroman: vodeni potisnici sa visokim Isp mogli bi učiniti vodu masovno efikasnijom od tradicionalnih goriva za određene misije ^[17]. Ovo su još uvek tehnologije u razvoju; prva Pale Blue demonstracija jonskog motora na vodu u orbiti planirana je za 2025. godinu kroz dve misije sa D-Orbit-ovim transportnim svemirskim brodom ^[18]. U budućnosti, hibridni potisnici bi čak mogli kombinovati režime rada – npr. dvostruki sistem koji nudi snažne potiske parom kada je potrebno i efikasan jonski pogon za dugotrajna putovanja ^[19].

U svim slučajevima, osnovna ideja je korišćenje električne energije (iz solarnih panela) za dodavanje kinetičke energije masi vode i izbacivanje radi pogona. Sama voda je inertna i netoksična, što je čini izuzetno pogodnom – može se skladištiti kao tečnost (nije potrebna visoko-pritisna boca pri lansiranju) i neće eksplodirati niti otrovati rukovaoce. Pogon se “budi” tek kada je satelit bezbedno u orbiti i kada je dostupna energija za zagrevanje ili elektrolizu vode. Ova mogućnost pokretanja na zahtev je upravo razlog zašto NASA ulaže u pogone na bazi vode za male satelite: “PTD-1 će zadovoljiti ovu potrebu prvom demonstracijom sistema za pogon svemirskih letelica na bazi elektrolize vode u svemiru,” rekao je Dejvid Majer, menadžer projekta za test misiju iz 2021. godine ^[20]. Sledeći odeljci će istražiti zašto je ovaj koncept toliko privlačan – i koji izazovi još uvek postoje.

Prednosti pogona na vodu

Bezbednost i jednostavnost: Tradicionalna goriva za satelite poput hidrazina ili ksenona su ili veoma toksična, korozivna, ili zahtevaju teško prešanje. Voda, nasuprot tome, je “najbezbednije raketno gorivo koje poznajem,” napominje Majer ^[21]. Netoksična je, nezapaljiva i stabilna na sobnoj temperaturi, što integraciju i lansiranje čini mnogo jednostavnijim i jeftinijim ^[22]. Nisu potrebna zaštitna odela niti složene procedure punjenja goriva – “studenti mogu da se igraju s njom i neće se otrovati,” našalio se direktor Tethers Unlimited ^[23]. Ovaj faktor bezbednosti je posebno važan za CubeSat-ove koji dele lansiranje sa raketama koje nose skupe primarne terete, gde stroga pravila često zabranjuju eksplozive ili visoko-pritisne boce na brodu ^[24]. Sistemi na vodu ostaju bezopasni dok se ne aktiviraju u orbiti, čime se olakšavaju bezbednosni zahtevi. Ovo je otvorilo vrata čak i najmanjim CubeSat-ovima da imaju pogon, što je ranije bilo zabranjeno zbog bezbednosnih ograničenja goriva.

Niska cena i sveprisutnost: Voda je izuzetno jeftina i univerzalno dostupna. Ne postoje uska grla u lancu snabdevanja – svaka lansirna lokacija na svetu može lako da nabavi čistu vodu (i da je prospe bez posledica). „Voda je dostupna svuda na Zemlji i može se transportovati bez rizika,“ naglašava Nikolas Harmansa iz ArianeGroup-a, koji je uveren da je „voda gorivo budućnosti“ ^[25]. Po litru, voda košta nekoliko para, dok su egzotični električni pogonski materijali poput ksenonskog gasa podložni promenama cena i snabdevanja. Oprema za vodene potisnike takođe može biti jeftinija: nema potrebe za teškim tlačnim sudovima ili cevima za toksične materijale. Sve u svemu, korišćenje vode može smanjiti troškove pogonskog sistema za tri puta u poređenju sa konvencionalnim sistemima, prema procenama ArianeGroup-a ^[26]. Evropska svemirska agencija je utvrdila da satelit od 1 tone može uštedeti oko 20 kg mase prelaskom sa hidrazina na motor sa elektrolizom vode, pored „značajno smanjenih troškova rukovanja i punjenja gorivom“ ^[27]^[28]. Za komercijalne operatere, ove uštede u masi i novcu znače više korisnog tereta i manji rizik.

Dopunjavanje goriva u svemiru i održivost: Možda je najuzbudljivija prednost to što bi pogon na vodu mogao omogućiti održivu svemirsku infrastrukturu. Voda nije samo česta na Zemlji – ona je obilna širom Sunčevog sistema. Naslage leda na Mesecu, Marsu, asteroidima i mesecima poput Evrope su u suštini „svemirske benzinske pumpe“ koje čekaju da budu iskorišćene ^[29]. Za razliku od toksičnih goriva za čiju bi reprodukciju van Zemlje bile potrebne složene hemijske fabrike, voda se može vaditi i koristiti direktno kao pogonsko gorivo nakon minimalne obrade. Ovo ima ogromne implikacije za istraživanje dubokog svemira: svemirski brod bi mogao dopuniti svoje rezervoare vađenjem leda na odredištu i zatim nastaviti putovanje unedogled. Pionirska demonstracija ovog koncepta dogodila se 2019. godine kada je tim sa UCF-a i Honeybee Robotics testirao WINE (World Is Not Enough) prototip, mali lender koji je vadio simulirani asteroidni led i koristio ga za generisanje potiska parnim raketnim motorom^[30]. WINE je uspešno izbušio ledeni regolit, izvukao vodu i odskočio u vakuumskoj komori na mlazu pare – dokazujući da vozilo može „živeti od resursa na licu mesta“ i samo sebi dopunjavati gorivo za „večno istraživanje“ ^[31]. Na duže staze, svemirske letelice na pogon vodom mogle bi da putuju od asteroida do asteroida bez potrebe za dopunom sa Zemlje ^[32]. Čak i u operacijama blizu Zemlje, kompanije poput Orbit Fab razmatraju vodu kao kandidata za usluge dopunjavanja goriva u orbiti, s obzirom na to koliko je laka za rukovanje. Sve ovo čini pogon na vodu temeljem svemirske ekonomije koju vizionari pokušavaju da izgrade: „vidimo vodu kao osnovni resurs koji je ključan za tu ekonomiju,“ kaže Hoyt, koji dizajnira sledeću generaciju Hydros potisnika sa priključcima za dopunjavanje goriva za neograničen vek trajanja ^[33].

Ekološka i operativna čistoća: Kao zeleno gorivo, voda ne proizvodi štetne izduvne gasove – samo vodenu paru ili trag vodonika/kiseonika koji se brzo raspršuje. Ovo je odlično ne samo za Zemljinu životnu sredinu, već i za osetljive sisteme svemirskih letelica. Optički senzori ili zvezdani tragači neće biti zamagljeni ostacima, i ne postoji rizik od korozivnog udara izduvnih gasova na osetljive površine ^[34]. Kris Hadfild ističe da su potisnici na bazi vode idealni za servisne misije poput podizanja stare svemirske teleskopa Habl, jer oni “ne mogu da prskaju [Habl] bilo kakvim ostacima goriva” ^[35]. Blag, kontrolisan potisak iz plazma motora na vodu može podizati ili spuštati orbite bez snažnih trzaja hemijskih motora, smanjujući mehanički stres tokom osetljivih operacija ^[36]. Ukratko, pogon na vodu je ne samo prijatniji za one koji lansiraju i prave satelite, već i za same satelite i njihove nebeske susede.

Ilustracija malog satelita koji koristi potisnik na bazi vode u orbiti. Pogon na vodu može se postići električnim zagrevanjem ili elektrolizom vode radi stvaranja potiska, nudeći sigurniju i „zeleniju“ alternativu tradicionalnim hemijskim raketama ^[37]^[38].

Izazovi i ograničenja

Ako je pogon na vodu tako dobar, zašto ga već ne koriste svi sateliti? Kao i kod svake nove tehnologije, postoje kompromisi i prepreke koje treba prevazići:

Manji potisak (u nekim režimima): Resistojet motori na čistu vodu obično imaju veoma mali potisak u poređenju sa hemijskim raketama. Voda koja ključa može se izbacivati samo određenom brzinom (tipično dajući specifični impuls reda veličine 50–100 sekundi za jednostavne parne motore ^[39], ^[40]). Ovo je u redu za male CubeSat-ove koji rade blage korekcije, ali znači da su manevri spori. Parni motor sa Isp od 50 s daje „mnogo lošiji odnos uloženog i dobijenog” po pitanju impulsa nego tipični hidrazinski motor sa 300 s Isp ^[41]. Industrija ovo rešava prelaskom na pristupe sa više energije, kao što su plazma motori (500+ s Isp) i sagorevanje vode u bipropelantnom režimu (~300 s Isp) ^[42], ^[43]. Ipak, odnos potiska i snage je ograničavajući faktor – potrebna je dovoljna električna energija da bi se iz vode dobio značajan potisak. Na malim satelitima snaga je ograničena, pa postoji plafon za potisak osim ako ne nose velike solarne panele ili druge izvore energije. Zato će čak i najbolji vodeni jonski motori biti pogodni za sporo podizanje orbite, a ne za brze orbitalne transfere (za sada). Inženjeri moraju pažljivo proceniti da li zahtevi misije za delta-V i vremenom mogu biti ispunjeni električnim vodenim motorom ili je potreban hemijski sistem sa većim potiskom.

Energetski i toplotni zahtevi: Vodu je lako skladištiti, ali njeno pretvaranje u vrelu paru ili plazmu zahteva mnogo energije. Posebno je elektroliza energetski zahtevna – razlaganje vode je po svojoj prirodi neefikasno, a zatim je potrebno i zapaliti dobijene gasove. Elektrolizatori i grejači dodaju složenost i mogu predstavljati tačke otkaza. Upravljanje toplotom je još jedan problem: sistemi sa ključanjem ili plazmom mogu raditi na visokim temperaturama, što je izazovno u vakuumu svemira gde je hlađenje otežano. Hoyt iz Tethers Unlimited-a je istakao izazove sa materijalima pri radu sa „vodonikom, kiseonikom i pregrejanom parom“ – korozija i kontaminacija lako mogu degradirati sistem ^[44]. Dizajneri moraju koristiti specijalne premaze i ultračistu vodu kako bi izbegli zaprljanje elektroda i obezbedili dug vek trajanja ^[45]. Ovi problemi se postepeno rešavaju (boljim materijalima i izolovanjem elektrolizatora od komore za sagorevanje, na primer), ali su bile potrebne godine istraživanja i razvoja da bi se napravio pouzdan motor. Zapravo, iako NASA teoretiše o vodenim raketama još od 1960-ih, tek nedavno se pojavio „praktičan motor na bazi elektrolize vode“ zahvaljujući prevazilaženju ovih tehničkih prepreka^[46].

Performanse naspram skladištenja: Voda je glomazna. Ima pristojnu gustinu (1 g/mL, slično mnogim tečnim gorivima), ali ne sadrži sopstvenu hemijsku energiju. To znači da za misije sa velikom promenom brzine, rezervoar za vodu može morati biti veći od rezervoara za energičnije pogonske materijale. Spasonosna karakteristika vode je što napredni potisnici mogu dodavati spoljašnju energiju kako bi to nadoknadili. Na primer, mikrovalni elektrotermalni potisnik koji u vodu unosi 5 kW može postići ~800 s Isp ^[47], čime se iz svake kapi vode izvlači više performansi. Ali ti nivoi snage su dostupni samo na većim letelicama. Mali sateliti mogu biti ograničeni na niži Isp, što vodu čini manje efikasnom po masi za njih. Tu je i pitanje upravljanja vodom u orbiti: može se zamrznuti ako cevi ili rezervoari nisu zagrevani, ili može izazvati nestabilnosti potiska ako neočekivano ispari. Inženjeri to ublažavaju pažljivom termalnom kontrolom i regulacijom pritiska (npr. održavanjem vode blago pod pritiskom kako bi ostala tečna dok se ne planira isparavanje ^[48]). Takođe, iako voda nije pod pritiskom pri lansiranju, neki sistemi zahtevaju njeno pritiskanje u svemiru (ili skladištenje elektrolizovanih gasova pod pritiskom u rezervoarima). To ponovo uvodi određenu složenost sistema pod pritiskom, ali tek nakon dostizanja orbite. Planeri misija takođe moraju uzeti u obzir isparavanje pogonskog goriva – voda u zagrejanom rezervoaru može curiti ili isparavati tokom dužih misija ako nije pravilno zapečaćena i hlađena.

Let u praksi i poverenje: Do 2025. godine, pogon na vodu je i dalje relativno nov igrač u operativnim flotama. Mnogi operateri satelita primenjuju pristup „sačekaj i vidi“, želeći da budu sigurni da je tehnologija dokazana. Rani korisnici poput HawkEye 360 (koji su koristili vodene potisnike 2018) i Sony-jev Star Sphere program (2023) pomogli su u izgradnji poverenja ^[49], ^[50]. Ali konzervativnim korisnicima može biti potrebno više demonstracija, posebno za kritične misije, pre nego što odustanu od proverenih hemijskih potisnika. Bilo je i manjih problema: na primer, NASA-ina misija Pathfinder Technology Demonstrator-1 (PTD-1) iz 2021. imala je za cilj da dokaže Tethers-ov Hydros potisnik u orbiti ^[51]. Iako je misija uglavnom bila uspešna, sve anomalije ili slabiji učinak (ako ih je bilo) su lekcije na kojima će se buduće verzije poboljšavati. Vredi napomenuti da čak i uspešni testovi do sada imaju ograničeno trajanje (nekoliko minuta rada). Dugoročna izdržljivost ovih sistema (stotine paljenja tokom godina) se testira, ali još uvek nije u potpunosti potvrđena u svemiru. Ovo se brzo menja jer su kompanije poput Momentus sada aktivirale svoje vodene potisnike na desetine puta u orbiti ^[52]. Svaka nova misija proširuje granice, približavajući pogon na vodu glavnoj opciji. U međuvremenu, inženjeri i regulatori pažljivo procenjuju ove potisnike kako bi uspostavili standarde i najbolje prakse (na primer, da se obezbedi da satelit „na vodeni pogon“ može biti bezbedno deorbitiran na kraju životnog veka tako što će se sačuvati malo vode za završno deorbitiranje – što je zahtev za smanjenje svemirskog otpada).

Ukratko, ograničenja pogona na vodu – manji trenutni potisak, potreba za energijom i rizik ranog razvoja – znače da to još uvek nije univerzalno rešenje za svaku situaciju. Ali brz napredak poslednjih godina sugeriše da se ovi izazovi prevazilaze jedan po jedan, što ćemo dalje istražiti u kontekstu stvarnih misija i aktera.

Rane inovacije i istorijske prekretnice

Koncept korišćenja vode kao pogonskog goriva u svemiru postoji već decenijama. NASA istraživači iz doba Apola prepoznali su da se voda može pretvoriti u vodonik/kiseonik – istu snažnu kombinaciju koja je pokretala Space Shuttle – ako bi se imala energija dostupna u svemiru ^[53]. Ali tokom 20. veka, ideja je ostala samo na papiru; hemijske rakete koje koriste skladištiva toksična goriva bile su jednostavno zrelije i obezbeđivale su veći potisak za tadašnju tehnologiju. Tek sa miniaturizacijom satelita i napretkom u električnoj energiji, pogon na vodu je dobio novi značaj. Evo nekoliko ključnih ranih prekretnica koje su dovele do trenutnog stanja:

2011–2017: Uspon CubeSat-ova (sićušnih satelita napravljenih od kocki od 10 cm) stvorio je potrebu za podjednako malim, bezbednim potisnicima. Istraživačke grupe su ponovo počele da razmatraju vodu kao idealno gorivo za CubeSat, pošto su mnogi lansirni provajderi zabranili hemijska goriva na sekundarnim teretima. Godine 2017, tim sa Purdue univerziteta na čelu sa profesorkom Alinom Alekseenko predstavio je mikro-potisnik nazvan FEMTA (Film-Evaporation MEMS Tunable Array) koji koristi ultra-pročišćenu vodu ^[54]. FEMTA koristi kapilare od 10 mikrona urezane u silicijumu; površinski napon zadržava vodu na mestu dok grejač ne proključa, izbacujući mikro-mlazove pare. U testovima u vakuumskoj komori, FEMTA potisnik je proizvodio kontrolisani potisak u opsegu od 6–68 µN sa specifičnim impulsom oko 70 s ^[55], ^[56]. Četiri FEMTA potisnika (sa ukupno oko jednom kašičicom vode) mogla su da rotiraju 1U CubeSat za manje od minuta koristeći samo 0,25 W snage ^[57]. Ovo je bio proboj u pokazivanju da čak i sistemi vrlo male snage mogu omogućiti značajnu kontrolu orijentacije koristeći vodu. Alekseenko je istakla privlačnost vode ne samo za orbite oko Zemlje, već i za korišćenje resursa u svemiru – „Smatra se da je voda obilna na Marsovom mesecu Fobos, što ga potencijalno čini ogromnom benzinskom pumpom u svemiru… [i] veoma čistim pogonskim gorivom” ^[58].
2018: Prva operativna upotreba pogona na vodu u orbiti se dogodila. Američki startap Deep Space Industries (DSI) razvio je Comet elektrotermalni potisnik, mali uređaj koji zagreva vodu i izbacuje je radi manevrisanja malim satelitima. U decembru 2018. godine, Comet potisnici DSI-a leteli su na četiri komercijalna satelita: tri su bila za radio-frekventnu konstelaciju HawkEye 360, a jedan za demonstracioni radar Capella Space ^[59]. Ovi mali sateliti su uspešno koristili pogon na vodu za podešavanje svojih orbita, čime je obeležen debi motora na vodu u svemiru. Otprilike u isto vreme, japanski 3U CubeSat po imenu AQT-D (Aqua Thruster-Demonstrator), razvijen na Univerzitetu u Tokiju, bio je raspoređen sa ISS-a. AQT-D je testirao vodeni rezistojet sistem u orbiti krajem 2019. godine, demonstrirajući promene orijentacije i male promene orbite; ovo je bio rani test u svemiru iz Japana koji je postavio temelje za kasniji startap Pale Blue ^[60].
2019: NASA-ino interesovanje za pogon na vodu prešlo je iz teorije u praksu. Tethers Unlimited, u okviru NASA SBIR ugovora i partnerstva “Tipping Point”, isporučio je letno spreman HYDROS-C potisnik za CubeSat-ove^[61]^[62]. NASA je integrisala ovaj potisnik u misiju Pathfinder Technology Demonstrator 1 (PTD-1), 6U CubeSat. Iako je lansiranje odloženo do 2021. godine, cilj ove misije bio je da bude “prva demonstracija svemirskog pogonskog sistema na bazi elektrolize vode u svemiru” ^[63]. Samo odobrenje tereta sa pogonom na vodu ukazivalo je na NASA-ino poverenje u njegovu bezbednost i korisnost za male misije. U privatnom sektoru, DSI je 2019. godine preuzeo Bradford Space ^[64], čime je DSI u potpunosti preusmeren na pogonske sisteme. Bradford je nastavio da promoviše Comet potisnik kao netoksičnu alternativu za male satelite, a čak su i veliki integratori obratili pažnju – LeoStella (proizvođač za BlackSky-ovu konstelaciju za osmatranje Zemlje) odlučila je da koristi Comet potisnike na vodu za svoje buduće satelite ^[65]. Do kraja 2019. godine, zamah je bio očigledan: pogon na vodu je prešao iz laboratorijskih prototipova u prave svemirske letelice i privukao ozbiljna ulaganja.
2020–2021: Nekoliko značajnih događaja održalo je vodene potisnike u žiži javnosti. Startap iz Vašingtona Momentus Inc. pojavio se sa smelim planovima za svemirske tegljače (orbitalna transportna vozila) pokretane plazma motorima na vodu. Suosnivač je bio ruski preduzetnik, a Momentus je privukao pažnju svojim obećanjima o “plazma pogonu na vodu”, iako su regulatorne prepreke odložile prve lansiranja za 2021. godinu. U međuvremenu, 2020. godine, japanski startap Pale Blue Inc. izdvojio se iz laboratorija Univerziteta u Tokiju, sa ciljem da komercijalizuje pogon na vodu na japanskom i svetskom tržištu ^[66]. Njihov plan je uključivao male rezistojet jedinice i naprednije jonske i halove potisnike koji koriste vodu. Početkom 2021. NASA je konačno lansirala PTD-1 (na SpaceX-ovom Transporter-1 rideshare letu) sa Hydros potiskivačem ^[67]. Tokom misije od 4-6 meseci, PTD-1 je trebalo da izvodi promene orbite koristeći vodu kao gorivo, dokazujući performanse i pouzdanost potrebne za buduću upotrebu ^[68]. Ova misija je bila kruna skoro decenije rada Tethers-a i NASA-e, pokazujući da čak i satelit veličine kutije za cipele može imati “jeftin, a visokoperformansni pogonski sistem” koristeći vodu ^[69]. 2021. godine Evropska svemirska agencija je takođe završila studiju o izvodljivosti pogona na vodu, identifikujući ga kao najbolji izbor za određene klase misija (posebno za satelite od 1 tone u niskoj Zemljinoj orbiti) i podstakla kompanije poput nemačke OMNIDEA-RTG da započnu razvoj u Evropi ^[70]^[71].

Ova rana istorija postavila je temelje dokazujući koncept i ranu primenu. Sledeće, osvrnućemo se na aktuelne aktere koji šire upotrebu pogona na vodu i misije koje prikazuju njegove mogućnosti.

Ključni akteri koji pokreću razvoj pogona na vodu

Do 2025. godine, živahan ekosistem kompanija i svemirskih agencija gura pogon na bazi vode od demonstracije do primene. Evo nekih od značajnih organizacija i njihovih doprinosa:

Tethers Unlimited (SAD) i NASA: Tethers Unlimited (TUI) je bio pionir sa svojim Hydros potisnicima na bazi elektrolize vode, razvijenim putem NASA SBIR finansiranja ^[72]. U partnerstvu sa NASA Ames i Glenn, TUI je lansirao Hydros-C na NASA PTD-1 misiji, čime je postao pionir u upotrebi vode kao pogonskog goriva u CubeSat satelitima ^[73]. TUI je takođe napravio veće Hydros-M jedinice za satelite mase 50–200 kg u okviru NASA Tipping Point ugovora, isporučivši potisnike kompaniji Millennium Space Systems za testiranje ^[74]. NASA-ina kontinuirana podrška (kroz programe kao što su Small Spacecraft Technology i predstojeće On-orbit Servicing misije) ukazuje na snažno poverenje agencije u vodu kao pogonsko gorivo za bezbedne, dopunjive letelice. TUI-jev direktor Hoyt predviđa da će potisnici na vodu u budućnosti imati priključke za dopunu, sa mogućnošću dopunjavanja sa Orbit Fab depoa ili rudarskih operacija na asteroidima ^[75].
Momentus Inc. (SAD): Momentus je razvio jedinstveni mikrotalasni elektrotermalni potisnik (MET) koji koristi vodu za stvaranje mlazova plazme, i integrisao ga u Vigoride orbitalno transferno vozilo. Uprkos trnovitom putu (uključujući nadzor američkih regulatora i odloženo spajanje sa SPAC-om), Momentus je uspešno izveo nekoliko Vigoride demonstracija tokom 2022–2023. Tokom misije Vigoride-5 u januaru 2023, Momentus je „testirao svoj MET potisnik u orbiti sa 35 paljenja”, potvrđujući performanse potisnika u različitim slučajevima upotrebe ^[76]. U jednom testu, Vigoride-5 je podigao svoju orbitu za ~3 km koristeći isključivo pogon na vodu ^[77]. Član upravnog odbora kompanije Kris Hadfild bio je glasni zagovornik, ističući da „pronalazimo mnogo više vode u našem Sunčevom sistemu” koju možemo koristiti kao pogonsko gorivo i da je Momentusov MET u suštini „mlaznica na mikrotalasnoj” koja čak može pretvoriti vodu u plazmu za potisak ^[78]. Momentus sada nudi usluge svemirskog šatla, koristeći nisku cenu vode kako bi potencijalno konkurisao cenom. Takođe su predložili ambiciozne projekte, poput korišćenja tegljača na bazi vode za podizanje orbite Habl teleskopa i produženje njegovog veka trajanja ^[79]. Iako Momentus još uvek dokazuje svoju komercijalnu održivost, nesumnjivo je unapredio tehnologiju demonstrirajući skalabilni sistem pogona na vodu u orbiti više puta.
Pale Blue (Japan): Startap nastao na Univerzitetu u Tokiju, Pale Blue je ime na koje treba obratiti pažnju kada je reč o vodenom pogonu u Aziji. U martu 2023. godine, Pale Blue-ov vodeni rezistojet motor pogonio je Sony-jev EYE satelit (projekat Star Sphere) – prvo paljenje privatno razvijenog japanskog vodenog motora u orbiti ^[80]. Motor je izveo dvominutno sagorevanje koje je promenilo orbitu CubeSat-a prema planu, što je velika prekretnica za kompaniju ^[81]. Pale Blue nudi razne motore: od PBR-serije (10, 20, 50) rezistojet modula za male satelite, do nadolazećeg PBI vodeni jonski motor i čak planiranog vodeni Hall-efekat motor (PBH) do 2028. godine^[82]. Njihov PBR-20 motor (potisak 1 mN, >70 s Isp) testiran je u letovima 2019. i 2023. godine, a veći PBR-50 (potisak 10 mN) lansiran je početkom 2024. na svoju prvu misiju ^[83]. U 2025. godini, Pale Blue planira da demonstrira prvi svetski vodeni jonski motor veličine 1U na dve D-Orbit rideshare misije (jun i oktobar) ^[84]. Japanska vlada snažno podržava Pale Blue – program iz 2024. dodelio je kompaniji do 27 miliona dolara za unapređenje vodenog pogona za komercijalne i odbrambene primene (što ukazuje na nacionalni interes za netoksični pogon za satelite). Sa partnerstvima (kao što je sa italijanskom firmom D-Orbit) i značajnim finansiranjem, Pale Blue ima za cilj da poremeti tržište pogona za male satelite sa bezbednim, dopunjivim vodenim sistemima.
Bradford Space (SAD/Evropa): Nakon što je 2019. godine preuzeo Deep Space Industries, Bradford Space je nasledio Comet water thruster i od tada ga isporučuje za više satelitskih misija. Comet se reklamira kao „prvi operativni sistem za pogon na vodu na svetu“ i implementiralo ga je nekoliko korisnika ^[85]. Posebno, HawkEye 360 pathfinder sateliti i Capella Whitney demo satelit iz 2018. godine koristili su Comet thruster-e za održavanje orbite ^[86]. Proizvođač iz Sijetla, LeoStella, takođe je izabrao Comet motore za drugu generaciju BlackSky imaging satelita koje proizvodi, što ukazuje na poverenje u pouzdanost Comet sistema ^[87]. Comet thruster obezbeđuje oko 17 mN potiska i 175 s Isp ^[88], koristeći elektrotermalni grejač za izbacivanje vodene pare. Bradford ga promoviše kao „bezbednu za lansiranje“ zamenu za hidrazinske sisteme na malim i srednjim satelitima ^[89]. Sa kancelarijama u SAD i Evropi, Bradford takođe integriše Comet tehnologiju u buduće dizajne misija u duboki svemir (npr. njihov predloženi Xplorer svemirski bus za misije ka asteroidima mogao bi koristiti pogon na vodu za manevrisanje u dubokom svemiru ^[90]). Kako se konstelacije umnožavaju, Bradfordova proizvodnja dokazanih vodenih thruster-a pozicionira ga kao ključnog dobavljača za kompanije koje žele nehazardni pogon u velikim količinama.
ArianeGroup i evropski partneri (EU): U Evropi, veliki vazduhoplovni gigant ArianeGroup preuzeo je vođstvo u razvoju pogona na bazi vode, sa ciljem da opremi satelite sledeće generacije za LEO i MEO orbite. Na njihovoj lokaciji u Lampoldshausenu u Nemačkoj, tim iz ArianeGroup-a je izgradio hibridni električno-hemijski vodeni motor (veoma sličan Hydros konceptu kompanije Tethers) ^[91]. Krajem 2023. godine otkrili su detalje: sistem može da elektrolizuje vodu za oko 90 minuta, a zatim izvrši dvokomponentno sagorevanje u trajanju od 30 sekundi, sa ukupnim specifičnim impulsom od oko 300 sekundi ^[92]. Dizajn je modularan i skalabilan – mogu povećati broj ćelija elektrolizera, veličinu rezervoara ili broj komora potisnika kako bi zadovoljili različite zahteve satelita ^[93]. ArianeGroup tvrdi da bi sistem mogao biti „tri puta jeftiniji“ od trenutnih hemijskih pogona za konstelacije ^[94]. Uz podršku ESA i DLR (nemačke svemirske agencije), ArianeGroup planira demonstraciju u orbiti do jeseni 2026. godine na ESMS satelitu, koji će koristiti vodeni motor za korekcije orbite i održavanje pozicije ^[95]. Ova demonstracija će potvrditi rad elektrolizera u mikrogravitaciji i performanse dvomodalnog motora u svemiru. Evropska ulaganja pokazuju da oni vide pogon na vodu kao konkurentnu i održivu alternativu za satelitske mreže, posebno s obzirom na predstojeće regulative koje zahtevaju „zelena“ pogonska goriva radi smanjenja rizika pri lansiranju.
Ostali značajni startapi: Pored velikih imena navedenih gore, brojni startapi širom sveta inoviraju u oblasti pogona na vodu. Aurora Propulsion Technologies (Finska) nudi male ARM-serije vodenih potisnika za CubeSat-ove, uključujući module za potpunu 3-osnu kontrolu satelita od 1U–12U koristeći male vodene mikro mlaznice ^[96]. SteamJet Space Systems (UK) je razvio prikladno nazvane Steam Thruster One i “TunaCan” potisnik, koji su kompaktni elektrotermalni vodeni motori koji se uklapaju u neiskorišćeni prostor CubeSat deploera ^[97]. Ovi su dokazani u letu na najmanje jednoj CubeSat misiji, pokazujući da čak i nano-sateliti mogu izvoditi manevre u orbiti uz malo zagrejane vode ^[98]. U Francuskoj, ThrustMe (poznat po električnim potisnicima na jod) istraživao je vodu kao pogonsko gorivo u nekim konceptima, a u Italiji, startapi koje finansira ESA takođe razmatraju vodu za gornje stepenove malih raketa-nosača ili orbitalne tegljače. Dodatno, zanimljiv učesnik je URA Thrusters, koji je predstavio niz sistema na pogon vodom – od Hall-efekat potisnika koji može koristiti vodenu paru ili kiseonik ^[99], do “ICE” potisnika na elektrolizu koji kombinuju MEMS-razmeru razlaganja vode i sagorevanja ^[100], do Hydra hibrida koji uparuje Hall potisnik sa hemijskim motorom za fleksibilne performanse ^[101]. Iako su neki od ovih još u fazi nacrta, širina razvoja naglašava jednu stvar: pogon na vodu nije samo jednokratna novotarija, već širok tehnološki pokret koji privlači inovatore širom sveta.

Prototip za let HYDROS-C sistema za pogon na vodu kompanije Tethers Unlimited za CubeSat-ove. Ova kompaktna jedinica sadrži rezervoare za vodu, elektrolizer, gasne mehure i raketnu diznu ^[102]. Takvi sistemi ostaju inertni dok ne stignu u orbitu, kada se solarna energija koristi za razlaganje vode na vodonik/kiseonik kao pogonsko gorivo za potisak.

Misije i prekretnice: Pogon na vodu u akciji

Aktuelne svemirske misije u poslednjih nekoliko godina dokazale su izvodljivost pogona na vodu i nastavljaju da unapređuju njihove mogućnosti. Ispod je vremenska linija značajnih misija i demonstracija koje prikazuju pogon na vodu:

2018 – Prva upotreba u orbiti:HawkEye 360 Pathfinder sateliti (3 u formaciji) i jedan Capella Space radarski satelit koriste DSI-jev Comet vodeni potisnik za održavanje orbite nakon lansiranja u decembru 2018. godine ^[103]. Ovo su postali prvi komercijalni sateliti koji rade na pogon na vodu, uspešno su izveli manevre i potvrdili rad potisnika u svemiru.
2019 – Demonstracija sa ISS-a: Univerzitet u Tokiju lansira AQT-D (Aquarius) 3U CubeSat, koji je izbačen sa Međunarodne svemirske stanice i koristi vodene rezistojet potisnike u orbiti. Sistem postiže kontrolu orijentacije i male promene orbite, što predstavlja prvu japansku demonstraciju pogona na vodu u svemiru. Ova misija je dokazala da višestruki mlazni vodeni potisnik može da radi u mikrogravitaciji i postavila je temelje za kasnije dizajne kompanije Pale Blue ^[104].
2021 – NASA PTD-1:Pathfinder Technology Demonstrator-1, NASA-in 6U CubeSat, sprovodi prvi test pogona na elektrolizu vode u orbiti. Sa oko 0,5 litara vode, PTD-1-ov Hydros motor izvodi programirane potisne manevre, pokazujući da razlaganje vode na H₂/O₂ i njihovo sagorevanje može da pokrene satelit kao što se očekuje ^[105]. Ova misija, koja je trajala nekoliko meseci, potvrđuje performanse, bezbednost i mogućnost ponovnog pokretanja sistema, dajući malim satelitima novu dokazanu opciju za kontrolu orbite.
2022 – Debi Vigoride-a: Momentus lansira Vigoride-3 (svoje prvo orbitalno servisno vozilo) u maju 2022. godine. Iako su početni testovi potisnika ograničeni (vozilo je imalo određene anomalije u ranim operacijama ^[106]), misija postavlja temelje za postepeno testiranje MET pogona na bazi vode. Momentus uspostavlja kontakt i uči da upravlja novim pogonom u stvarnom svemirskom okruženju ^[107], pripremajući poboljšanja za naredne letove.
2023 – Višestruki uspesi: Ova godina predstavlja prekretnicu sa nekoliko pobeda pogona na vodu:
- Momentus Vigoride-5 (januar 2023): Uspešno izvodi 35 paljenja potisnika svog MET pogona na vodi u orbiti, podižući svoju orbitu i podešavajući orijentaciju koristeći samo mlazove plazme od vode ^[108]. Ovo je značajan dokaz da veće letelice (~250 kg) mogu koristiti pogon na vodu za značajne promene orbite.
- Momentus Vigoride-6 (april 2023): Nastavlja testiranje i čak završava umetanje u orbitu za klijenta (iako je softverski problem sa vremenom doveo do male greške u inklinaciji orbite) ^[109]. Vigoride-6 ostaje operativan, dodatno potvrđujući pouzdanost pogonskog sistema.
- Pale Blue EYE Demo (mart 2023):Sony-jev EYE CubeSat izvodi manevar podizanja orbite koristeći Pale Blue-ov potisnik na vodu oko 120 sekundi ^[110]. Uspeh ove demonstracije – približavanje satelita ciljnoj orbiti za fotografisanje Zemlje – potvrđuje orbitalnu funkcionalnost potisnika i široko se izveštava kao japanski ulazak u pogon na vodu ^[111].
- EQUULEUS na Mesecu (kraj 2022–2023): Iako nije široko objavljeno u mejnstrim medijima, vredi napomenuti EQUULEUS, CubeSat JAXA-Universiteta u Tokiju lansiran ka Mesecu na Artemis I (novembar 2022), nosio je rezistojet sistem na vodi za korekcije putanje ^[112]. Koristio je potisnike na vodu za uspešno izvođenje korekcija kursa na putu ka Lagrangeovoj tački Zemlja-Mesec, demonstrirajući pogon na vodu u cislunarnom prostoru – prvi put za operacije van niske Zemljine orbite.
2024 – Širenje upotrebe: Pogon na vodu počinje da se pojavljuje na sve više operativnih satelita:
- Serijska lansiranja: Sledeće serije satelita Hawkeye 360 i noviji SAR sateliti kompanije Capella nastavljaju da koriste Comet potisnike na bazi vode u rutinskoj upotrebi, uz podršku Bradforda. Pored toga, BlackSky-ovi Gen-2 sateliti lansirani 2024. godine uključuju Comet pogon na vodu za održavanje orbite konstelacije za osmatranje Zemlje ^[113].
- Novi lansiranja potisnika: Veći PBR-50 potisnici kompanije Pale Blue biće lansirani prvi put početkom 2024. godine na malom satelitu u rideshare misiji (tačna misija nije otkrivena), sa ciljem da obezbede potisak od ~10 mN za mikrosatelit u orbiti ^[114]. Ovo započinje kvalifikaciju vodenog pogona za veće klase malih satelita.
- Infrastruktura: Kompanije poput Orbit Fab najavljuju planove da voda bude jedna od opcija goriva za njihove predložene orbitalne depoe za gorivo, a NASA-in TALOS projekat razmatra “drop tanks” na bazi vode za vučne letelice za duboki svemir – što odražava šire prihvatanje da će voda biti deo lanca svemirske logistike u narednim godinama.
2025 – Predstojeće i u toku: Uzbudljive misije su na rasporedu:
- Pale Blue D-Orbit letovi: Prvi vodeni jonski potisnik (PBI) biće testiran u letu na D-Orbit-ovom Ion Satellite Carrier-u sredinom i krajem 2025. godine ^[115]. Ovi testovi će meriti visokoučinkovit potisak i otvoriti put za komercijalne jonske jedinice koje koriste vodu umesto ksenona ili kriptona.
- JAXA RAISE-4 eksperiment: Japanska svemirska agencija planira lansiranje tehnološkog demo satelita RAISE-4 2025. godine, koji bi trebalo da nosi najnoviji Pale Blue pogonski sistem (moguće unapređeni PBI) za testiranje u niskoj Zemljinoj orbiti ^[116].
- Komercijalizacija kompanije Momentus: Momentus očekuje prelazak sa čistog testiranja na operativne misije, nudeći prevoz korisničkih tereta. Do 2025. planiraju da počnu da pružaju usluge podizanja orbite — na primer, premeštanje malih satelita sa početne rideshare orbite na željenu višu orbitu — isključivo koristeći vodeni pogon. Ovo će biti test ekonomske isplativosti vodenih potisnika u pravim misijama.
- ESA demonstracija vodenog motora: U Evropi, počinju završne pripreme za misiju Spectrum Monitoring Satellite (ESMS) planiranu za 2026, koja će do 2025. imati integrisan vodeni pogonski sistem i prolaziti kroz testiranja na zemlji ^[117]. Ako sve prođe dobro, ova misija će postati prvi komercijalni satelit u punoj veličini koji se oslanja na vodu kao primarni pogon (ne samo kao demo jedinica).

Ova vremenska linija pokazuje jasno ubrzanje: od pojedinačnih eksperimenata pre nekoliko godina do više svemirskih letelica koje danas koriste vodu, i još mnogo njih u pripremi. Svaki uspeh gradi poverenje i iskustvo, što privlači još više korisnika. Do sredine 2020-ih, vodeni pogon izlazi iz eksperimentalne faze i postaje deo alata dizajnera misija.

Umetnički prikaz malog satelita (Sony-jev EYE cubesat) koji je 2023. godine koristio Pale Blue resistojet potisnik na bazi vode za podešavanje svoje orbite ^[118]^[119]. Ova demonstracija je označila prvo korišćenje pogona na vodu u svemiru od strane japanskog startapa, a promena orbite satelita je potvrdila performanse potisnika.

Najnoviji proboji (2024–2025) i šta sledi

Poslednje dve godine donele su brze napretke, a trend će se nastaviti. Najnovije vesti i dešavanja iz 2024–2025. ističu kako pogon na vodu dostiže nove visine:

Finansiranje i podrška industrije: Prepoznajući stratešku vrednost netoksičnog pogona, državne agencije ulažu u potisnike na vodu. U 2024. godini, japanski METI dodelio je kompaniji Pale Blue višemilijardinsku grant podršku (do ~$27M) za proširenje tehnologije pogona na vodu za komercijalne i odbrambene satelite ^[120]. Ovo ulaganje će pomoći Pale Blue-u da poveća nivo potiska i razvije veće sisteme pogodne za veće satelite. Evropski Horizon programi takođe finansiraju rešenja sa zelenim pogonskim gorivima, sa dizajnima na bazi vode u prvom planu, što potvrđuje i podrška ESA za ArianeGroup-ovu demonstraciju 2026. godine ^[121]. Čak je i američki DoD pokazao interesovanje za bezbedan pogon CubeSat satelita za projekte Svemirskih snaga, gde je bezbednost vode glavna prednost.
Potisnici veće snage: Na tehnološkom planu, proizvođači unapređuju vodene motore ka većoj snazi i performansama. Jedan od proboja na horizontu su vodeni Hall-efekt potisnici – koji kombinuju efikasnost Hall plazma motora sa vodenim pogonskim gorivom. Planirani PBH potisnik kompanije Pale Blue za 2028. godinu je jedan primer ^[122], a konceptualni Hydra sistem kompanije URA Thrusters (dvostruki Hall + hemijski) je drugi ^[123]. Ako se ostvare, ovi sistemi bi mogli da obavljaju misije koje trenutno mogu da izvrše samo hemijski pogoni ili veliki električni potisnici, kao što su brzi transferi orbita ili međuplanetarne putanje, ali sa prednošću lakog dopunjavanja vodom. Dodatno, Momentus i drugi proučavaju kako da dodatno povećaju ISP svojih MET-ova, moguće korišćenjem viših mikrotalasnih frekvencija ili novih rezonantnih komora za efikasnije pregrevanje vode. Specifični impuls od ~1000 s bi mogao biti dostižan u narednim iteracijama, što bi vodene potisnike čvrsto svrstalo u rang tradicionalnih jonskih motora po efikasnosti.
Integracija u konstelacije: 2024. godina je obeležila prva značajna ponovljena lansiranja vodenog pogona u satelitskim konstelacijama. Na primer, svaki novi BlackSky satelit za snimanje sada nosi Bradford Comet vodeni potisnik za održavanje orbite, što znači da će desetine identičnih letelica koristiti vodeno gorivo tokom svog veka trajanja ^[124]. Druga generacija klastera Hawkeye 360 (lansirana 2022–2023) takođe koristi pogon na bazi vode za letenje u formaciji. Ovo široko usvajanje je proboj samo po sebi – vodeni pogon više nije samo jednokratni eksperiment, već standardna komponenta u nekim flotama. U budućnosti, mnoge predložene megakonstelacije za IoT i posmatranje Zemlje razmatraju ekološke opcije pogona, a voda je visoko na toj listi zbog niske cene sistema. Kako se proizvodnja ovih potisnika bude povećavala, cena po jedinici će padati, što će dodatno podstaći usvajanje.
Nove primene: Inženjeri pronalaze kreativne nove načine da iskoriste svestranost vode. Jedna ideja u razvoju je kontrola orijentacije zasnovana na elektrolizi – korišćenje malih količina elektrolizovanog gasa za precizne mlazove za kontrolu orijentacije, a zatim ponovno spajanje vode, u zatvorenom krugu. Druga je korišćenje vode kao radne mase u solarno-termalnom pogonu: koncentrisanje sunčeve svetlosti za direktno zagrevanje vode do pare radi potiska (praktično parni kotao u svemiru koji pokreće Sunce, što može biti veoma efikasno u unutrašnjem Sunčevom sistemu). Istraživači takođe testiraju pogonsko gorivo na bazi vode za lenderе i hoperе za Mesec/Mars. NASA-ina lunarna misija Flashlight (iako je na kraju imala problema) razmatrala je vodu kao kandidata za pogonsko gorivo u ranoj fazi dizajna. Gledajući dalje, voda bi mogla biti pogonsko gorivo za nuklearne termalne rakete ili pogone sa energijom na daljinu, gde eksterni izvor energije (poput lasera sa Zemlje) zagreva vodu na svemirskoj letelici radi stvaranja potiska ^[125]. Benigna priroda vode omogućava ove nekonvencionalne koncepte koji bi bili nezamislivi sa toksičnim ili retkim pogonskim gorivima.
Stručne preporuke: Revolucija pogona na vodu nije prošla nezapaženo kod lidera svemirske industrije. Entuzijastično zalaganje Chrisa Hadfielda za Momentusove vodene potisnike ^[126], i izjave poput „Siguran sam da je voda gorivo budućnosti” evropskih menadžera projekata ^[127], odražavaju rastući konsenzus da je ova tehnologija tu da ostane. U intervjuima i na konferencijama (kao što su Small Satellite Conference i Space Propulsion Workshop 2024), stručnjaci su pohvalili ravnotežu između bezbednosti i performansi koju nude sistemi na bazi vode. „Dobre pogonske performanse moraju biti uravnotežene bezbednošću – PTD-1 će ispuniti tu potrebu,” rekao je David Mayer iz NASA-e predstavljajući prvi demo potisnika na vodu ^[128]. Ta izjava precizno oslikava zašto je voda stekla popularnost: ona pogađa pravu meru između visokih performansi hemijskog pogona i bezbednosti električnog pogona. Planeri svemirskih misija sve češće ponavljaju ovo mišljenje u stručnim publikacijama i panelima.

Dok stojimo u 2025. godini, putanja za satelitske pogone na vodu jasno ide uzlazno. Sledeći veliki korak verovatno će biti vodeća misija koja se zaista oslanja na pogon na vodu za ostvarenje ključnog cilja – možda lunarni CubeSat koji koristi vodu da uđe u orbitu oko Meseca, ili servisni brod koji se autonomno dopunjava gorivom iz depoa i vuče satelit. Svake godine se pomeraju granice. Ako se trenutni trendovi nastave, do kasnih 2020-ih mogli bismo videti motore na bazi vode kako pokreću letelice do asteroida i nazad, podižu i spuštaju stotine satelita u orbiti, i to uz minimalan uticaj na životnu sredinu i potpunu mogućnost dopunjavanja goriva u svemiru. Ono što je počelo kao nekonvencionalna ideja preraslo je u praktičnu tehnologiju koja bi mogla učiniti svemirske operacije pristupačnijim, održivijim i fleksibilnijim nego ikada ranije.

Zaključak: Nova era pokretana H₂O

Pogon satelita na vodu više nije futuristički koncept – on je ovde, dokazujući se iz misije u misiju. U roku od nekoliko godina, prešli smo od prvih oblačića vodene pare koji guraju mali CubeSat, do potpuno upravljivih letelica koje koriste vodu za promenu orbite i izvođenje složenih operacija. Privlačnost vode kao ultimativnog pogonskog goriva za svemir leži u njenoj elegantnoj jednostavnosti. Kao što je ESA-ov tehnološki izveštaj naveo, voda je „nedovoljno iskorišćen resurs – bezbedna za rukovanje i ekološki prihvatljiva“, a ipak sadrži „dva veoma zapaljiva pogonska goriva kada se elektrolizom razdvoje“, praktično sadržeći snagu raketnog goriva u bezopasnom obliku ^[129]. Ova dvostruka priroda – lako skladištenje kao tečnost, energična upotreba kao gas – daje vodi jedinstvenu prednost.

Svedoci smo konvergencije faktora koji čine pogone na vodu praktičnim: boljih malih električnih pumpi i grejača, efikasnijih solarnih panela za njihovo napajanje, 3D štampanih potisnika optimizovanih za paru ili plazmu, i ogromne potražnje za malim satelitima kojima je potreban jeftin pogon. Izazovi (ograničen potisak, potrebe za energijom) rešavaju se inovativnim inženjeringom, a uspeh se gomila. Važno je i to što se pogon na vodu uklapa u širi pravac ka održivosti u svemiru – smanjuje toksične hemikalije, omogućava dugovečnost satelita kroz dopunu goriva, pa čak i korišćenje vanzemaljskih resursa. On transformiše vodu iz potrošnog materijala za podršku životu u svestran omogućivač mobilnosti za svemirsku infrastrukturu.

U javnoj mašti, „raketno gorivo“ je oduvek bilo nešto egzotično ili opasno. Ideja da voda – ista supstanca koju pijemo i u kojoj se kupamo – može slati satelite oko Zemlje ili dalje, je fascinantna. Ona snižava prag za ulazak u svemirske poduhvate (ne trebaju vam specijalna goriva, već samo domišljatost), i podstiče vizije letelica koje svraćaju do rudnika leda na Mesecu ili rezervoara na asteroidima da dopune rezervoare. Tehnologija se još uvek razvija, ali njena putanja sugeriše da bi pogoni na vodu mogli postati uobičajeni u satelitima kao što su motori na baterije u automobilima. Kako je jedan industrijski rukovodilac u šali rekao, stara šala „samo dodaj vodu“ možda će zaista važiti za budućnost svemirskih putovanja.

Zaključno, pogon satelita na vodu predstavlja promenu paradigme ka bezbednijim, čistijim i u krajnjoj liniji obimnijim svemirskim operacijama. Od malih CubeSat-ova do potencijalnih međuplanetarnih sondi, skromna molekula H₂O dokazuje da ima ono što je potrebno da nas odvede dalje. Kako se zamah (bez igre reči) nastavlja, nemojte se iznenaditi kada sledeći naslov glasi: “Letelice na pogon vode stižu do Meseca – i nastavljaju dalje.” Doba vodenih raketa je započelo i donosi okean mogućnosti za novu generaciju istraživanja svemira ^[130], ^[131].

Refuelling a Satellite in Orbit using a Crewed Tanker | SpaceFlight Simulator

Gledajte ovaj video na YouTube-u.

References