I serbatoi di carburante in plastica rinforzata con fibra di carbonio leggera superano un test critico e potrebbero far cadere molto peso sulla massa secca di un razzo
La scienza dei materiali è ancora l'eroe non celebrato dell'esplorazione spaziale. I razzi sono più appariscenti e i sistemi di controllo più precisi, ma sono inutili senza materiali che resistono alle immense temperature delle forze necessarie per portare persone e cose fuori dal pianeta. Ora un team di MT Aerospace, che lavora su una sovvenzione di QUESTO , ha sviluppato un nuovo tipo di materiale che sarà immensamente utile in una delle parti più importanti di qualsiasi motore a razzo: i serbatoi del carburante.
Il materiale in sé non è nuovo, noto come plastica rinforzata con fibra di carbonio ( CFRP ), la tecnologia esiste da decenni ed è ampiamente utilizzata nel settore automobilistico, aerospaziale e nell'ingegneria civile. Tuttavia, nessuno è stato in grado di realizzare con successo un serbatoio di carburante per missili fino ad ora.
Prova esterna di un serbatoio composito su piccola scala.
Credito – MT Aerospace
Prima dovevano essere superate diverse sfide: doveva essere reso a tenuta stagna e quindi doveva resistere alle estreme pressioni criogeniche che derivano dallo stoccaggio del carburante per missili. L'idrogeno e l'ossigeno, che sono combinati in un motore a razzo, sono notoriamente difficili da trattenere. I serbatoi da campo esistenti, anche quelli realizzati principalmente in una qualche forma di composito, avevano un rivestimento metallico interno per garantire che il gas altamente reattivo non fuoriuscisse dal serbatoio.
I rivestimenti metallici hanno però un aspetto negativo: sono pesanti e richiedono molte più parti e passaggi di produzione rispetto a un serbatoio in puro CFRP. Poiché i costi di lancio sono uno dei principali fattori di costo dell'esplorazione spaziale e il peso è direttamente legato al costo di lancio, ridurre sia il peso che il numero di componenti è interessante per i produttori di razzi.
L'ESA non è stata l'unica ad avere questa idea: anche la NASA e la Boeing stavano sviluppando congiuntamente un serbatoio composito, come questo visto nel 2014.
Credito: NASA/MSFC/Emmett Given
Questo appello è noto da molto tempo, quindi l'ESA ha speso dei soldi per la ricerca su progetti per sviluppare un nuovo serbatoio di carburante leggero. La nuova tecnologia sviluppata da MT Aerospace è stato uno dei risultati di quel finanziamento.
Tuttavia, non è stato l'unico risultato: altre tecnologie sono state supportate dall'ESA Programma preparatorio del lanciatore futuro . Queste tecnologie culmineranno in un progetto dimostrativo su vasta scala chiamato Febo nel 2023. I serbatoi CFRP sviluppati da MT saranno applicati sia ai serbatoi di carburante di Phoebus sia all'infrastruttura di supporto tra i serbatoi di ossigeno e idrogeno.
Concezione artistica di Phoebus, il modulo Upper Stage Test dell'ESA.
Credito – Gruppo Ariane
Quando sarà pronto nel 2023, Phoebus fornirà il primo importante test criogenico di un sistema CFRP a grandezza naturale. Ma prima di allora c'è un passaggio intermedio per i serbatoi stand alone 'su piccola scala' che utilizzano la tecnologia. Se si dimostra efficace quando viene ridimensionato come ha fatto su scale più piccole, la tecnologia CFRP ha il potenziale per eliminare fino a due tonnellate di peso dai futuri lanci di razzi. È un sacco di potenza di trasporto extra per le tecnologie più appariscenti dell'esplorazione dello spazio.
Per saperne di più:
QUESTO - Serbatoi a razzo in plastica rinforzata con fibra di carbonio dimostrato possibile
Mondo composito – Fibra di carbonio in recipienti a pressione per idrogeno
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Immagine principale:
Prototipo di serbatoio in CFRP in camera a pressione
Credito – MT Aerospace