Afsløring af teknologier til fremtidige løfteraketter

ESA sikrer Europas garanterede adgang til rummet gennem sit Future Launchers Preparatory Program, FLPP.

FLPP afvejer mulighederne og risiciene ved forskellige løfteraketkoncepter og tilhørende teknologier.

Dets demonstratorer og studier finpudser nye teknologier for at give Europas raketbyggere et værdifuldt forspring, når de begynder det krævende arbejde med at omsætte det valgte design til virkelighed.

Fra laboratorium til lancering

Baseret på en standardiseret skala for "Technology Readiness Levels" eller TRL, teknologier, der er blevet demonstreret i et laboratoriemiljø på niveau 3, er videreudviklet inden for FLPP og testet via integrerede demonstratorer for at hæve dem til TRL 6.

Når en teknologi har nået niveau 6, meget af risikoen forbundet med at bruge en ny teknologi i et rummiljø er blevet afbødet. Det kan hurtigt overføres til en udvikling op til flyvning (TRL 9) med optimeret pris og tidsplan.

FLPP aktiviteter

FLPP definerer koncepter og krav til nye rumtransportsystemer og -tjenester. Teknologier er udvalgt på grundlag af deres potentiale til at reducere omkostningerne, forbedre ydeevnen, forbedre pålideligheden, eller deres evne til at opfylde de specifikke behov i et identificeret system, demonstrant eller mission.

Inden for programmet, integrerede demonstratorer er bygget ved at kombinere flere teknologier i ét system eller delsystem, så industrien kan bruge teknologien med tillid.

Flagskibsprojekter

Fremtidige rumtransporttjenester og -systemer vurderes på deres konkurrenceevne og økonomiske levedygtighed.

ESA's mål er at udvikle et robust og fleksibelt rumtransportøkosystem, som tjener europæiske behov. For at opnå dette, ESA samler sine forskellige programmer og forretningsenheder, Europas lanceringstjenesteudbyder, og industri såsom rumfartøjsfabrikanter og innovative nystartede virksomheder.

FLPP-projekter dækker områder som fremdrift, materialer, genanvendelighed, produktionsmetoder og flyelektronik.

Fremdrift:Prometheus, en forløber for en genanvendelig 100-tons raketmotor har til formål at skære omkostningerne ned gennem en ekstrem design-til-omkostningstilgang, nye drivmidler og innovative produktionsteknologier.

Additiv lag-for-lag fremstilling af motordele muliggør hurtigere produktion, med færre dele. Flydende oxygen-methan drivmidler er yderst effektive og bredt tilgængelige og derfor en god kandidat til en genanvendelig motor. En fuldskala demonstrator vil være klar til at teste på jorden i 2020.

Expander-cycle Technology Integrated Demonstrator, eller ETID, baner vejen for den næste generation af kryogene øvre trinsmotorer i Europa i 10-tonsklassen.

Test af en fuldskala ETID demonstrator blev for nylig afsluttet, hvilket beviser de nyeste fremdriftsteknologier. Testresultaterne gennemgår nu fuld analyse inklusive krydstjek for at forbedre numeriske modeller samt fuld inspektion af den testede hardware.

Synergi mellem Prometheus- og ETID-projekterne har givet spilskiftende additive fremstillingsteknikker til forbrændingskamre, der reducerer omkostninger og gennemløbstid.

Et 3-D-printet forbrændingskammerdesign i lille skala til øvre trin blev testet hos DLR Lampholdshausen. Den bruger "opbevarbare drivmidler, " kaldet sådan, fordi de kan opbevares som væsker ved stuetemperatur. Raketmotorer, der drives på denne måde, er nemme at antænde pålideligt og gentagne gange på missioner, der varer mange måneder.

I fortsættelse af dette projekt og i betragtning af miljøpåvirkningen af ​​de aktuelt anvendte oplagbare drivmidler, undersøgelser er i gang for at forberede tests med identificerede nye miljøvenlige drivmiddelkombinationer, der forbliver lagrelige, men er meget mindre giftige.

Yderligere undersøgelser af hybrid fremdrift er blevet påbegyndt efter opsendelsen af ​​Nucleus-sonderaketten i Norge sidste år, som med succes nåede rummet ved at nå en endelig højde på over 100 km. Se de fulde videoer her.

Materialer og processer:FLPP har undersøgt alternative materialer til at gøre raketter lettere. Kulstofkomposit bruges til at erstatte aluminium til lettere øvre trinstrukturer og brændstoftanke, samt til raketbeklædninger, der beskytter nyttelasterne på vej til rummet.

Polyurethanskummateriale med lukkede celler sprøjtes på som ekstern tankisolering til kryogene øvre faser, og en ny løsning til tankskotter er i øjeblikket under udvikling.

Sekundære løfteraketstrukturer kunne drage fordel af fremstilling af additivt lag til brudkritiske strukturelle dele bygget i titanium, højstyrke aluminiumslegering og polymer.

Genanvendelighed:FLPP arbejder også på genanvendelighed af løfteraketter - en vellykket faldtest har for nylig bevist nogle af teknologierne til en genanvendelig første fase af en mikrolauncher.

Afprøvning af vindtunnel og beregningsmæssig væskedynamik giver indsigt i europæiske muligheder for at kontrollere nedstigningen af ​​en løfterakets første trin, tilbage til jorden.

Ud over, et igangværende projekt med en "flyvende testbed-platform", der er i stand til at bære nyttelast, vil snart begynde at udføre korte start- og landingsprøveflyvninger.

Strukturer og mekanismer:Forskellige nye produktionsmetoder forbedrer produktionseffektiviteten, for eksempel, en "Flow forming"-teknik former et metalelement i et enkelt trin. Dette er blevet demonstreret i nyere fremstillingsforsøg, der er medfinansieret mellem ESA og NASA Langley.

Denne teknik reducerer svejsesømme, hvilket gør raketstrukturer stærkere og lettere, samtidig med at produktionen fremskyndes. Det er også bedre for miljøet, fordi det sparer energi, og der ikke er noget affaldsmateriale. En demonstrationscylinder i aluminium med en diameter på 3 m, der skulle bruges som mellemtrin, blev med succes fremstillet og testet for nylig.

FLPP er ved at undersøge elektromekaniske aktuatorer til en mere jævn adskillelse og bortkastning af løfteraketternes nyttelast, hvilket også vil reducere omkostningerne for fremtidige udviklinger af europæiske løfteraketter.

Flyelektronik:Teknologier på dette område udvikler sig hurtigt. Fokus er givet på at øge automatiseringen for at reducere niveauet af Guidance Navigation Control (GNC) indsats, der kræves under en mission og for at give responsiv opsendelseskapacitet. FLPP undersøger i øjeblikket On-Board Real-Time Trajectory Guidance Optimization-teknologi til fremtidige genanvendelige launchers.

Et nyt lavpris avioniksystem, der i høj grad drager fordel af COTS-komponenter og hurtigt og effektivt GNC-design, verifikation og validering vil blive demonstreret med en sonderende raketopsendelse senere i år. Dette vil også tjene som en nyttig testplatform til at adressere nye teknologier i launcher-domænet.

Fremtidig trådløs kommunikation vil reducere behovet for ledninger på løfteraketstrukturer og øge fleksibiliteten.