A MT Aerospace e o ArianeGroup assinaram contratos com a ESA em 14 de maio de 2019 para desenvolver a Phoebus, um protótipo de um estágio superior preto altamente otimizado. Os estágios superiores do foguete são geralmente feitos de alumínio, mas mudar para compostos de carbono reduz o custo e pode render duas toneladas de capacidade de carga útil sobressalente. Crédito:ArianeGroup
Futuros foguetes poderão voar com tanques feitos de plástico leve reforçado com fibra de carbono, graças a pesquisas inovadoras realizadas no Programa Preparatório de Lançadores do Futuro da ESA.
Com base em estudos anteriores, A MT Aerospace na Alemanha demonstrou um novo design de um tanque de pequena escala feito de um plástico reforçado com fibra de carbono (CFRP) exclusivo que não é apenas à prova de vazamentos com hidrogênio líquido, mas também compatível com oxigênio líquido, sem o uso de um forro de metal.
Um tanque feito exclusivamente de CFRP é muito mais leve do que metal, requer menos peças e, portanto, é mais rápido e mais barato de fabricar.
Esta é uma conquista importante como normalmente, o armazenamento de propelentes criogênicos como esses que são resfriados a -253˚C requer tanques com revestimentos metálicos para torná-los à prova de vazamento, com ou sem um invólucro composto.
"Os tanques de combustível são elementos críticos de segurança em qualquer sistema de propulsão, "explicou Hans Steininger, CEO da MT Aerospace. "Fornecemos provas de que um tanque de pressão de alto desempenho feito de CFRP pode suportar o estresse criogênico. No futuro, o uso de tanques CFRP de alto desempenho não deve apenas permitir lançamentos de foguetes seguros, ele também pode explorar a vantagem de uma massa significativamente menor em comparação com tanques metálicos. "
"Este é um tremendo passo à frente. Nós encontramos um composto de carbono e um método de processamento muito específico que nos permitirá considerar novas arquiteturas e combinações de funções para estágios superiores de foguetes que não são possíveis com o uso de metal, "adicionou Kate Underhill, Gerente de projeto de demonstração de estágio superior e de propulsão no Programa Preparatório de Lançadores do Futuro na ESA.
Testes mostram que o plástico leve reforçado com fibra de carbono é forte o suficiente para substituir o metal usado em estruturas de foguetes de estágio superior. Este é um marco importante na Europa para o desenvolvimento de um protótipo de um estágio superior "preto" altamente otimizado, Phoebus, uma iniciativa conjunta da MT Aerospace e ArianeGroup, financiado pelo Programa Preparatório de Lançadores do Futuro da ESA. A MT Aerospace testou a resistência de um tanque oxidante de subescala feito de plástico reforçado com fibra de carbono. Durante esses testes, o tanque foi enchido e drenado várias vezes, pressurizado além dos limites operacionais e teste de choque para garantir nenhum evento de ignição do tanque de oxigênio. Sensores monitorados de pressão, temperatura, tensão ou um possível vazamento. A análise dos resultados e a boa integridade estrutural geral do tanque comprovam a tecnologia para uso em um estágio superior de Phoebus. Crédito:MT Aerospace AG
"O metal é à prova de vazamentos. Para recriar a mesma propriedade com o composto de carbono, era necessária uma trama complexa de fibra de carbono preta e uma resina especial. O material resistia a temperaturas criogênicas, ciclos de pressão e substâncias reativas em uma série de testes separados. "
Após esses testes de 'garrafa', Demonstradores de tanques em pequena escala com proteção térmica integrada serão construídos em breve para testes posteriores. Os dados coletados contribuirão para o desenvolvimento de um demonstrador em grande escala de um futuro estágio superior altamente otimizado, chamado Phoebus.
Phoebus terá tanques de hidrogênio e oxigênio de 3,5 m de diâmetro, proteção térmica, elementos de montagem estrutural e apresentam novas tecnologias em aviônica, estruturas e equipamentos de propulsão. O CFRP será aplicado nos tanques, a estrutura de interface entre os dois tanques e o cilindro externo representativo do revestimento externo do estágio superior.
O demonstrador Phoebus será testado com fluidos criogênicos em 2023 para confirmar o desempenho funcional das tecnologias e novos métodos de produção de baixo custo como parte de um novo contrato para avançar no desenvolvimento de estágios superiores altamente otimizados.
"Aqui está um excelente exemplo de como o suporte da ESA para amadurecer tecnologias de ponta leva a grandes avanços. Este novo material leve à base de carbono permitiria a fabricação de um estágio superior Ariane 6 que é duas toneladas mais leve - massa liberada para cargas úteis, "disse Daniel Neuenschwander, Diretor de Transporte Espacial da ESA.
O projeto Phoebus é uma iniciativa conjunta da MT Aerospace e do ArianeGroup na Alemanha para validar as principais tecnologias desenvolvidas com o apoio da ESA desde maio de 2019.
