Budoucí rakety mohou létat s nádržemi z odlehčených plastů vyztužených uhlíkovým vláknem, a to díky přelomovému výzkumu realizovanému v rámci programu ESA FLPP (Future Launchers Preparatory Programme).
Vycházejíce z dřívějších studií demonstrovala Aerospace z Německa novátorský návrh zmenšeného modelu nádrže vyrobené z unikátního uhlíkovým vláknem vyztuženého plastu (Carbon-Fibre Reinforced Plastic, CFRP), který není jen neprodyšný pro kapalný vodík, ale je také kompatibilní s kapalným kyslíkem – a to bez použití metalické vrstvy.
Nádrž vyrobená toliko z CFRP je mnohem lehčí než kovová, vyžaduje méně částí a je levnější na výrobu.
Jde o přelomový úspěch, protože skladování kryogenních pohonných látek, jež mají teplotu i mínus 253 stupňů Celsia, běžně potřebuje nádrže z kovu, aby byly odolné proti úniku – a to s nebo bez kompozitní vnější vrstvy.
„Palivové nádrže jsou pro bezpečnost kritické prvky jakéhokoliv pohonného systému,“ vysvětluje ředitel MT Aerospace Hans Steininger. „Poskytli jsme důkaz, že kvalitní vysokotlaké nádrže vyrobené z CFRP zvládnou namáhání spojené s kryogenními pohonnými látkami. V budoucnu pak kvalitní nádrže CFRP mohou nejen zajistit bezpečné starty raket, ale stejně tak nabídnout výhody spojené s mnohem nižší hmotností ve srovnání s běžnými kovovými nádržemi.“
„Je to obrovský krok vpřed. Našli jsme velmi specifický uhlíkový kompozit a metodu zpracování, které nám dovolily uvažovat o nových architekturách a kombinacích funkcí pro horní stupně raket, které nejsou možné za použití kovu,“ dodává manažerka horních stupňů a demonstrátorů pohonu v programu ESA FLPP (Future Launchers Preparatory Programme) Kate Underhill.
„Kov neuniká. Abychom této vlastnosti mohli dosáhnout u uhlíkového kompozitu, bylo zapotřebí vytvořit složitou vazbu černých uhlíkových vláken a speciální pryskyřice. Materiál byl schopný odolat kryogenním teplotám, cyklům tlaku a reaktivním substancím během celé řady testů.“
Po těchto testech „v lahvi“ budou brzy zkoušeny zmenšené demonstrátory nádrží s integrovanou tepelnou ochranou. Z nich získaná data budou využita při vývoji plnohodnotného demonstrátoru vysoce optimalizovaného horního stupně pojmenovaného Phoebus.
Phoebus bude mít vodíkové a kyslíkové nádrže o průměru 3,5 m, tepelnou ochranu, nosné prvky a obsahovat nové technologie v avionice, konstrukci a pohonných systémech. CFRP bude aplikována v nádržích, přechodové struktuře mezi oběma nádržemi a pláštěm, který bude představovat vnější pokryv horního stupně.
Demonstrátor Phoebus bude testovaný s kryogenními kapalinami v roce 2023, kdy budou potvrzeny funkční parametry technologií a nové cenově efektivní výrobní metody, které jsou součástí kontraktu umožňujícího pokročit k vývoji vysoce optimalizovaných horních stupňů.
„Jde o úžasný příklad toho, kterak ESA podporuje zralé špičkové technologie vedoucí k zásadním průlomům. Tento nový odlehčený materiál vycházející z uhlíku dovolí výrobu horního stupně Ariane 6, který bude o dvě tuny lehčí oproti klasické verzi. Jde o hodnotu, o kterou naroste hmotnost vynášeného nákladu,“ uvádí ředitel ESA pro kosmickou dopravu Daniel Neuenschwander.
Projekt Phoebus je společnou iniciativou MT Aerospace a ArianeGroup v Německu. Od května 2019 má podporu ESA, přičemž má ověřit klíčové technologie vyvinuté pro budoucí kosmické aplikace.
Další informace jsou k dispozici na portálu Evropské kosmické agentury (ESA).
