Lättviktskolfiberförstärkta plastbränsletankar klarar ett kritiskt test och kan slå mycket vikt av en rakets torrmassa
Materialvetenskap är fortfarande rymdutforskningens obesjungna hjälte. Raketer är flashigare och kontrollsystemen mer exakta, men de är värdelösa utan material som tål de enorma temperaturerna av krafter som krävs för att få människor och saker från planeten. Nu ett team från MT Aerospace, som arbetar på ett anslag från DETTA , har utvecklat en ny typ av material som kommer att vara oerhört användbart i en av de viktigaste delarna av alla raketmotorer – bränsletankarna.
Materialet i sig är inte nytt – känt som kolfiberförstärkt plast ( CFRP ), har tekniken funnits i decennier och används i stor utsträckning inom bil-, flyg- och anläggningsteknik. Ingen har dock lyckats göra en raketbränsletank av den förrän nu.
Utvändigt test av en småskalig komposittank.
Kredit – MT Aerospace
Flera utmaningar måste övervinnas först – det måste göras tätt och sedan stå emot de extrema kryogena trycken som följer med att lagra raketbränsle. Väte och syre, som kombineras i en raketmotor, är notoriskt svåra att behålla. Befintliga fälttankar, även de som huvudsakligen är gjorda av någon form av komposit, hade en invändig metallbeklädnad för att säkerställa att den mycket reaktiva gasen inte flydde ut ur tanken.
Metalliska foder har dock en nackdel - de är tunga och kräver många fler delar och tillverkningssteg än en ren CFRP-tank skulle göra. Eftersom uppskjutningskostnader är en av de primära kostnadsdrivande faktorerna för utforskning av rymden, och vikten är direkt kopplad till uppskjutningskostnaden, är en minskning av både vikten och antalet komponenter tilltalande för rakettillverkare.
ESA var inte ensam om den här idén – NASA och Boeing utvecklade också tillsammans en komposittank, som den som sågs 2014.
Kredit: NASA/MSFC/Emmett Given
Den överklagandet har varit välkänt under lång tid, så ESA spenderade lite forskningspengar på projekt för att utveckla en ny, lätt bränsletank. Den nya tekniken utvecklad av MT Aerospace var ett av resultaten av den finansieringen.
Det var dock inte det enda resultatet – andra tekniker har stötts av ESA:s Future Launchers förberedande program . Dessa tekniker kommer att kulminera i ett fullskaligt demonstratorprojekt som kallas Phoebus år 2023. CFRP-tankarna som MT utvecklat kommer att appliceras på både Phoebus bränsletankar och även den stödjande infrastrukturen mellan syrgas- och vätgastankarna.
Konstnärens uppfattning om Phoebus, ESA Upper Stage Test-modulen.
Kredit – Ariane Group
När det är klart 2023 kommer Phoebus att leverera det första stora kryogena testet av ett CFRP-system i full storlek. Men innan dess finns det ett mellansteg för 'småskaliga' fristående tankar som använder tekniken. Om det visar sig vara lika effektivt när det skalas upp som det har gjort i mindre skalor, har CFRP-teknik potentialen att eliminera upp till två ton vikt från framtida raketuppskjutningar. Det är mycket extra bärkraft för de mer flashiga teknikerna för rymdutforskning.
Läs mer:
DETTA - Rakettankar av kolfiberförstärkt plast bevisat möjliga
Composite World – Kolfiber i tryckkärl för väte
UT – NASA Tanks: Inte bara Heavy Metal Any More
Ledbild:
Prototyp CFRP-tank i en tryckkammare
Kredit – MT Aerospace