Lehké plastové palivové nádrže vyztužené uhlíkovými vlákny prošly kritickým testem a mohly by srazit velkou váhu ze suché hmoty rakety

Materiální věda je stále neopěvovaným hrdinou vesmírného průzkumu. Rakety jsou okázalejší a řídicí systémy přesnější, ale bez materiálů, které odolávají nesmírným teplotám sil potřebných k tomu, aby se lidé a věci dostali z planety, jsou k ničemu. Nyní tým z MT Aerospace pracuje na grantu od TENTO , vyvinula nový typ materiálu, který bude nesmírně užitečný v jedné z nejdůležitějších součástí každého raketového motoru – palivových nádržích.

Samotný materiál není nový – známý jako plast vyztužený uhlíkovými vlákny ( CFRP ), tato technologie existuje již desítky let a je široce používána v automobilovém, leteckém a stavebním inženýrství. Nikomu se z něj však dosud nepodařilo úspěšně vyrobit raketovou palivovou nádrž.

Vnější test malé kompozitní nádrže.
Kredit – MT Aerospace

Nejprve bylo třeba překonat několik problémů – bylo nutné jej utěsnit a poté musel odolat extrémním kryogenním tlakům, které s sebou přináší skladování raketového paliva. Vodík a kyslík, které jsou spojeny v raketovém motoru, je notoricky obtížné udržet. Stávající polní nádrže, dokonce i ty, které byly primárně vyrobeny z nějaké formy kompozitu, měly vnitřní kovové obložení, aby se zajistilo, že vysoce reaktivní plyn neunikne z nádrže.

Kovová obložení však mají nevýhodu – jsou těžká a vyžadují mnohem více dílů a výrobních kroků než tank z čistého CFRP. Vzhledem k tomu, že náklady na vypuštění jsou jedním z hlavních nákladů na průzkum vesmíru a hmotnost je přímo vázána na náklady na vypuštění, snížení hmotnosti i počtu součástí je pro výrobce raket přitažlivé.

ESA nebyla jediná s tímto nápadem – NASA a Boeing také společně vyvíjely kompozitní nádrž, jako byla tato v roce 2014.
Poděkování: NASA/MSFC/Emmett Given

Tato přitažlivost je již dlouhou dobu dobře známá, takže ESA vynaložila nějaké peníze na výzkum na projekty vývoje nových, lehkých palivových nádrží. Nová technologie vyvinutá společností MT Aerospace byl jedním z výsledků tohoto financování.

Nebyl to však jediný výsledek – ESA podpořila další technologie Přípravný program budoucího spouštěče . Tyto technologie vyvrcholí plnohodnotným demonstračním projektem s názvem Phoebus v roce 2023. Vyvinuté CFRP nádrže MT budou aplikovány jak na palivové nádrže Phoebusu, tak i na podpůrnou infrastrukturu mezi nádržemi na kyslík a vodík.

Umělecká koncepce Phoebusu, modulu ESA Upper Stage Test.
Úvěr – Ariane Group

Až bude v roce 2023 připraven, Phoebus dodá první velký kryogenní test systému CFRP v plné velikosti. Ale předtím je tu mezikrok pro „malé“ samostatné tanky využívající technologii. Pokud se technologie CFRP prokáže ve zvětšeném měřítku stejně efektivní jako v menších měřítcích, má potenciál eliminovat až dvě tuny hmotnosti budoucích startů raket. To je spousta extra nosné síly pro honosnější technologie průzkumu vesmíru.

Další informace:
TENTO - Ukázalo se, že jsou možné raketové nádrže z plastu vyztuženého uhlíkovými vlákny
Složený svět – Uhlíkové vlákno v tlakových nádobách na vodík
UT - Tanky NASA: Už to není jen těžký kov

Hlavní obrázek:
Prototyp CFRP nádrže v tlakové komoře
Kredit – MT Aerospace