MT Aerospace y ArianeGroup firmaron contratos con la ESA el 14 de mayo de 2019 para desarrollar Phoebus, un prototipo de un escenario superior negro altamente optimizado. Las etapas superiores de los cohetes suelen estar hechas de aluminio, pero cambiar a compuestos de carbono reduce el costo y podría producir dos toneladas de capacidad de carga útil adicional. Crédito:ArianeGroup
Los futuros cohetes podrían volar con tanques hechos de plástico ligero reforzado con fibra de carbono gracias a una investigación pionera llevada a cabo dentro del Programa Preparatorio de Futuros Lanzadores de la ESA.
Sobre la base de estudios anteriores, MT Aerospace en Alemania ha demostrado un diseño novedoso de un tanque a pequeña escala hecho de un plástico reforzado con fibra de carbono (CFRP) único que no solo es a prueba de fugas con hidrógeno líquido, pero también compatible con oxígeno líquido, sin el uso de un revestimiento metálico.
Un tanque hecho únicamente de CFRP es mucho más liviano que el metal, requiere menos piezas y, por tanto, su fabricación es más rápida y económica.
Este es un logro histórico como de costumbre, El almacenamiento de propulsores criogénicos como estos que se enfrían a -253˚C requiere tanques con revestimientos metálicos para que sean a prueba de fugas. con o sin envoltura compuesta.
"Los tanques de combustible son elementos críticos para la seguridad en cualquier sistema de propulsión, "explicó Hans Steininger, CEO de MT Aerospace. "Hemos proporcionado pruebas de que un tanque de presión de alto rendimiento fabricado con CFRP puede resistir el estrés criogénico. En el futuro, El uso de tanques de alto rendimiento de CFRP no solo debería permitir lanzamientos de cohetes seguros, también puede aprovechar la ventaja de una masa significativamente menor en comparación con los tanques metálicos ".
"Este es un gran paso adelante. Hemos encontrado un compuesto de carbono y un método de procesamiento muy específico que nos permitirá considerar nuevas arquitecturas y combinaciones de funciones para las etapas superiores de los cohetes que no son posibles con metal". "agregó Kate Underhill, Responsable de proyecto de demostradores de etapa superior y propulsión en el Programa Preparatorio de Futuros Lanzadores de la ESA.
Las pruebas muestran que el plástico ligero reforzado con fibra de carbono es lo suficientemente fuerte como para reemplazar el metal utilizado en las estructuras de cohetes de la etapa superior. Este es un hito importante en Europa para el desarrollo de un prototipo de una etapa superior "negra" altamente optimizada. Febo, una iniciativa conjunta de MT Aerospace y ArianeGroup, financiado por el programa preparatorio Future Launchers de la ESA. MT Aerospace probó la resistencia de un tanque oxidante de subescala hecho de plástico reforzado con fibra de carbono. Durante estas pruebas, el tanque se llenó y drenó varias veces, presurizado más allá de los límites operativos y sometido a pruebas de choque para garantizar que no se produzca ningún evento de ignición del tanque de oxígeno. Sensores monitoreados de presión, temperatura, tensión o una posible fuga. El análisis de los resultados y la buena integridad estructural general del tanque prueban la tecnología para su uso en una etapa superior Phoebus. Crédito:MT Aerospace AG
"El metal es hermético. Para recrear la misma propiedad con el compuesto de carbono se requirió un tejido complejo de fibra de carbono negro y una resina especial. El material resistió temperaturas criogénicas, ciclos de presión y sustancias reactivas en una serie de pruebas separadas ".
Siguiendo estas pruebas de 'botella', Pronto se construirán demostradores de tanques a pequeña escala con protección térmica integrada para realizar más pruebas. Los datos recopilados se incorporarán al desarrollo de un demostrador a gran escala de una futura etapa superior altamente optimizada, llamado Phoebus.
Phoebus tendrá tanques de hidrógeno y oxígeno de 3,5 m de diámetro, Protección térmica, elementos de montaje estructural y cuentan con nuevas tecnologías en aviónica, estructuras y equipo de propulsión. Se aplicará CFRP en los tanques, la estructura de interfaz entre los dos tanques y el cilindro exterior representativo del revestimiento exterior de la etapa superior.
El demostrador Phoebus se probará con fluidos criogénicos en 2023 para confirmar el rendimiento funcional de las tecnologías y los nuevos métodos de producción rentables como parte de un nuevo contrato para avanzar en el desarrollo de etapas superiores altamente optimizadas.
"Este es un excelente ejemplo de cómo el apoyo de la ESA a las tecnologías de vanguardia maduras conduce a grandes avances. Este nuevo material liviano a base de carbono permitiría la fabricación de una plataforma superior Ariane 6 que es dos toneladas más liviana:masa libre para cargas útiles, "dijo Daniel Neuenschwander, Director de Transporte Espacial de la ESA.
El proyecto Phoebus es una iniciativa conjunta de MT Aerospace y ArianeGroup en Alemania para validar tecnologías clave desarrolladas con el apoyo de la ESA desde mayo de 2019.
