20/01/2021
703 vistes
11 m’agrada
Proves recents demostren que el plàstic lleuger reforçat amb fibra de carboni és prou fort com per substituir el metall utilitzat en les estructures de coets de la fase superior. Aquesta és una fita important a Europa per al desenvolupament d’un prototipus d’una etapa superior “negra” altament optimitzada, Phoebus, una iniciativa conjunta de MT Aerospace i ArianeGroup, finançada per l’ESA.
L’objectiu clau del projecte Phoebus és augmentar el rendiment de la càrrega útil del vehicle de llançament en més de dues tones reduint la massa de l’etapa superior mitjançant un disseny nou i materials més lleugers. Al mateix temps, Phoebus també reduirà els costos de producció.
Els materials de plàstic reforçat amb fibra de carboni (CFRP), o compostos de carboni, permeten noves arquitectures i combinacions de funcions que altrament no serien possibles mitjançant materials metàl·lics. El CFRP és lleuger i d’aspecte fosc i s’utilitzarà tant per als tancs de propel·lents criogènics com per a les estructures primàries i secundàries de Phoebus, d’aquí el nom d’etapa superior “negra”.
A més, el seu procés de fabricació permet una distribució integrada que resulta en menys peces en comparació amb una configuració metàl·lica comparable, reduint així els costos de producció i muntatge.
“Els desafiaments tecnològics inclouen el desenvolupament de la capacitat de la màquina que permeti la col·locació d’alta precisió dels materials compostos de carboni i la identificació dels passos de curat posteriors òptims per configurar el compost. La fibra de carboni ha de suportar les temperatures extremadament baixes dels propulsors d’oxigen líquid i d’hidrogen líquid, tot assegurant que no hi hagi fuites ”, va explicar Kate Underhill, enginyera de propulsió de l’ESA.
“El material CFRP pot ser molt reactiu químicament amb l’oxigen, per tant, la selecció adequada d’un sistema de material adequat de fibres i resina és una tasca especialment exigent. Dominar aquesta compatibilitat és una fita crucial, que ara s’ha aconseguit dins del projecte Phoebus ”.
Durant els experiments de MT Aerospace en un lloc de proves gestionat per Rheinmetall a Unterlüß, Alemanya, es va provar un tanc de subescala CFRP amb oxigen líquid. Durant aquestes proves, el dipòsit es va omplir i es va drenar diverses vegades, es va pressionar més enllà dels límits operatius i es va provar el xoc per assegurar que no hi hagués cap ignició del dipòsit d’oxigen.
El tanc de prova estava equipat amb diversos sensors per controlar la pressió, la temperatura, la tensió o una possible fuga. L’anàlisi dels resultats i la bona integritat estructural general del tanc d’oxigen líquid demostren la tecnologia.
Aquest assoliment obre el camí per a altres activitats i indica que el demostrador de Phoebus va per bon camí. Els següents passos són l’aplicació del material CFRP a un disseny de tancs d’hidrogen líquid estancs i, finalment, una adequada pujada a escala i proves a terra del demostrador estructural de l’estadi superior de Phoebus a gran escala el 2023
Aquestes activitats s’estan duent a terme dins del programa preparatori de Future Launchers de la Direcció de Transport Espacial de l’ESA.
