Rakettanke af kulfiberforstærket plast er bevist mulige

Fremtidige raketter kunne flyve med tanke lavet af letvægts kulfiberforstærket plastik takket være banebrydende forskning udført inden for ESA's Future Launchers Preparatory Program.

Bygger på tidligere undersøgelser, MT Aerospace i Tyskland har demonstreret et nyt design af en lille skala tank lavet af en unik kulfiberforstærket plast (CFRP), der ikke kun er lækagesikker med flydende brint, men også kompatibel med flydende oxygen, uden brug af metalforing.

En tank lavet udelukkende af CFRP er meget lettere end metal, kræver færre dele og er derfor hurtigere og billigere at fremstille.

Dette er en milepælspræstation som normalt, opbevaring af kryogene drivmidler som disse, der er afkølet til -253˚C, kræver tanke med metalliske foringer for at gøre dem lækagesikre, med eller uden sammensat overtræk.

"Brændstoftanke er sikkerhedskritiske elementer i ethvert fremdriftssystem, " forklarede Hans Steininger, CEO hos MT Aerospace. "Vi har leveret bevis for, at en højtydende tryktank lavet af CFRP kan modstå kryogen stress. I fremtiden vil brugen af ​​CFRP højtydende tanke bør ikke kun muliggøre sikre raketopsendelser, det kan også udnytte fordelen ved væsentligt lavere masse sammenlignet med metalliske tanke."

"Dette er et enormt skridt fremad. Vi har fundet en meget specifik kulstofkomposit og -bearbejdningsmetode, som vil give os mulighed for at overveje nye arkitekturer og kombinationer af funktioner til raketovertrin, som ikke er mulige ved brug af metal, " tilføjede Kate Underhill, Projektleder på øverste trin og fremdriftsdemonstratorer i Future Launchers Preparatory Program hos ESA.

"Metal er lækagetæt. For at genskabe den samme egenskab med kulstofkomposit krævedes en kompleks vævning af sort kulfiber og en speciel harpiks. Materialet modstod kryogene temperaturer, trykcyklusser og reaktive stoffer over en række separate tests."

Efter disse "flaske" tests, små tankdemonstratorer med integreret termisk beskyttelse vil snart blive bygget til yderligere test. De indsamlede data vil indgå i udviklingen af ​​en fuldskala demonstrator af en fremtidig højoptimeret øvre fase, kaldet Phoebus.

Phoebus vil have brint- og ilttanke med en diameter på 3,5 m. termisk beskyttelse, strukturelle samlingselementer og har nye teknologier inden for flyelektronik, konstruktioner og fremdriftsudstyr. CFRP vil blive anvendt i tanke, grænsefladestrukturen mellem de to tanke og den udvendige cylinder, der repræsenterer det øverste trins ydre beklædning.

Phoebus-demonstratoren vil blive testet med kryogene væsker i 2023 for at bekræfte teknologiernes funktionelle ydeevne og nye omkostningseffektive produktionsmetoder som en del af en ny kontrakt for at fremme udviklingen af ​​højt optimerede øvre faser.

"Her er et glimrende eksempel på, hvordan ESA's støtte til modne banebrydende teknologier fører til store gennembrud. Dette nye letvægts-kulstofbaserede materiale ville tillade fremstillingen af ​​et Ariane 6-øverste trin, der er to tons lettere - masse, der er frigjort til nyttelast, " sagde Daniel Neuenschwander, ESA direktør for rumtransport.

Phoebus-projektet er et fælles initiativ af MT Aerospace og ArianeGroup i Tyskland for at validere nøgleteknologier udviklet med støtte fra ESA siden maj 2019.