Naturlige fibre trådt ind i satellitter for sikrere missioner

En naturlig fiber, der engang indpakkede tidlige egyptiske mumier og blev båret af romerske aristokrater, har fundet et formål i rumalderen. At tråde fibre fra hørplanten gennem satellitpanelmateriale kan hjælpe rummissioner med at brænde hurtigere op under atmosfærisk genindtræden - hvilket gør deres bortskaffelse mere sikker for mennesker og ejendom på jorden.

ESA's detaljerede test af denne naturfiberkomposit har hjulpet den med at finde bredere terrestriske anvendelser igen, inklusive inde i McLaren Racings Formel 1-biler.

Fibre fra hørplanten, dyrket i Europa siden stenalderen, er vævet til at lave linned. Et ESA-projekt med de schweiziske virksomheder Bcomp og RUAG undersøgte at erstatte dem med kulfiber, som bruges til at fremstille førende kompositmateriale 'kulfiberforstærket plast' (CFRP).

Et stærkt, men let materiale, CFRP minder om armeret beton, hvor stålstænger tilsættes en betonblanding for at forstærke den. På en parallel måde, kulfibre blandes med epoxyharpiks for at opnå et højere styrke-til-vægt-forhold og stivhed. Den resulterende komposit bruges i vid udstrækning i satellitproduktion, samt den højtydende bil- og maritime sektorer.

"Idéen bag dette Bio-Composite Structure in Space Applications-projekt var at undersøge brugen af ​​naturlige fibre i stedet for deres kulstofækvivalenter, " forklarer ESA's konstruktionsingeniør Tiziana Cardone.

"Der er to hovedårsager til:For det første for at reducere miljøpåvirkningerne fra rumproduktion, som er et af hovedmålene for ESA's Clean Space-initiativ. Vores detaljerede livscyklusanalyse viser, at dette kan reducere kuldioxidemissionerne med op til 75 % sammenlignet med matchende kulfiberdele.

"Ud over, i et andet link til Clean Space, vi har ledt efter nye materialer, der nemmere kan 'forsvinde', hvilket betyder, at de kan brænde hurtigere og fuldstændigt op under atmosfærisk genindtræden. Dette er igen blevet drevet af kravene i Europas politik for afbødning af rumaffald, kræver en risiko på mindre end 1 ud af 10.000 for mennesker eller ejendom, når satellitter bortskaffes, når de er færdige."

Projektet, ledet af ESA's struktursektion og støttet gennem agenturets generelle støtteteknologiprogram, involveret at undersøge hørfibrene i forhold til de meget krævende krav til rumflyvning.

"Vi fandt ud af, at de har en usædvanlig lav termisk ekspansion - hvilket er godt i forhold til ekstreme temperaturer i orbitalrummet - såvel som høj specifik stivhed, og styrke, som kan bevares helt ned til kryogene temperaturer, " siger ESA's materiale- og processpecialist Ugo Lafont. "De er også i stand til at dæmpe vibrationer godt, kan udholde eksponering for ultraviolet stråling og hæmme radiosignaler meget mindre end kulfibre."

Projektteamet tog udgangspunkt i Bcomps patenterede tyndskallede 'powerRib' naturfiberkompositter, ved at bruge dem til at lave en testversion af et lateralt strukturelt panel til Copernicus Sentinel-1-satellitten - som i tilfælde af selve missionen var lavet af aluminium.

"Disse paneler er designet som 'målrettede demisable points' for satellitten, beregnet til at bryde op tidligt for at tillade varmestrømme ind i satellittens indre tidligere, end det ellers ville være tilfældet, " tilføjer Tommaso Ghidini. Leder ESA's strukturer, Mekanismer og materialer division.

"Næste skridt var at afprøve disse ombyggede paneler på en så realistisk måde som muligt, ved hjælp af en plasma vindtunnel på Institute of Space Systems, IRS i Stuttgart, Tyskland. IRS arbejdede sammen med ESA's materialesektion for at udvikle proceduren for afvisningstest."

den resulterende ilddåb viste et positivt resultat sammenlignet med traditionel CFRP:mens kulfiberstrenge har en tendens til at holde sig på plads, mens deres omgivende matrix brændes væk, hørfibrene adskilles meget hurtigere.

Projektets detaljerede karakterisering af Bcomps naturlige fiberkomposit førte også til, at det fandt nye jordbaserede kunder:Sveriges Volta Trucks-firma bruger kompositten til vægtbesparende og mere miljøvenlige karosseripaneler.

McLaren Racing har i mellemtiden samarbejdet med Bcomp om at fremstille Formel 1's første racersæde i naturfiberkomposit. Besidder forbedrede vibrationsdæmpende egenskaber til et traditionelt CFRP-sæde, det nye materiale tilbyder også bredere sikkerhedsmuligheder – kulfibre er berygtet for at splintre under ulykker, punktere wh

"Vi er et lille team, og arbejdet med ESA har lært os meget, " tilføjer Régis Voillat fra Bcomp, "som vi igen har kunnet anvende på mange af vores andre projekter. Så dette samarbejde har understøttet spredningen af ​​bæredygtige teknologier til andre sektorer også."