La ESA se dispone a probar la próxima generación de tanques para cohetes Phoebus, un demostrador de tanque de combustible de plástico reforzado con fibra de carbono que se construye desde cero mediante fabricación capa por capa.
Esta técnica y el diseño innovador permiten a los ingenieros construir una forma única que suspende el tanque de combustible dentro de un marco de soporte, con un espacio de aire aislante en el medio, resolviendo muchos de los problemas anteriores de una sola vez. Ligero, resistente, hermético y no reactivo, la semana pasada un elemento clave del proyecto Phoebus pasó su revisión de preparación para la prueba y recibió el visto bueno para proceder a las pruebas, en las que se utilizó un modelo de oxígeno de dos metros de diámetro. El tanque será probado como si realmente estuviera volando. El próximo año se probará un tanque de hidrógeno a escala similar, antes de probar un demostrador estructural a escala real de una etapa superior completa en 2025.
Lanzar cosas al espacio es difícil. Aparte de los motores y el software, los cálculos orbitales y la plataforma de lanzamiento, los tanques que contienen el combustible son un ejemplo magistral de ingeniería por derecho propio.
Los cohetes europeos a menudo funcionan con oxígeno líquido e hidrógeno líquido, estos son excelentes propulsores, pero en forma líquida deben mantenerse a temperaturas extremas por debajo de -200°C. Los tanques de cohetes deben mantener frescos estos líquidos superfríos y al mismo tiempo pesar lo menos posible.
El hidrógeno tiene un par de complicaciones más, ya que es la molécula más pequeña del Universo y las cosas pequeñas son difíciles de contener, un tanque de combustible de hidrógeno debe ser uno de los contenedores más herméticos que los humanos puedan fabricar. El gas hidrógeno también es muy ligero, por lo que se necesitan grandes volúmenes para almacenar cantidades relativamente pequeñas de gas, lo que complica de nuevo la tarea de mantener los tanques ligeros. Almacenados en forma líquida, los tanques de combustible están presurizados para garantizar que el combustible llegue al motor a la presión y temperatura correctas, por lo que los tanques no solo deben ser herméticos y aislantes, sino que también deben ser resistentes.
El oxígeno líquido tiene una propiedad adicional que dificulta su almacenamiento: es muy reactivo y corroe rápidamente muchos materiales. Diseñar y construir el tanque adecuado para un cohete no es tarea fácil y se vuelve aún más complicado durante el lanzamiento. Al encender el motor de un cohete y despegar, el cohete es sometido a una intensa explosión, comprimiendo y sacudiendo cada componente, y los tanques de combustible se llevan la peor parte, ya que contienen líquidos que chapotean en su interior.
El proyecto Phoebus de la ESA busca utilizar plástico reforzado con fibra de carbono para la próxima generación de tanques de combustible para cohetes. Los materiales de fibra de carbono han conquistado el mundo porque son extremadamente ligeros y resistentes, pero hasta ahora no se han podido fabricar de forma suficientemente hermética para almacenar hidrógeno líquido ni oxígeno líquido debido a su reactividad. Los equipos europeos de la ESA, MT Aerospace y ArianeGroup han superado ambas limitaciones utilizando nuevas tecnologías de fabricación, así como metodologías de diseño de última generación y afinando la química de los plásticos.
«La física, la química y las técnicas de construcción detrás de este proyecto son alucinantes», dice Kate Underhill, ingeniera principal de la ESA en el proyecto. «Cuando iniciamos Phoebus, los riesgos eran altos y el hecho de que el proyecto haya llegado a esta etapa se debe al enorme compromiso y conocimiento de los equipos involucrados en la ESA, MT Aerospace y ArianeGroup que trabajan juntos como uno solo».
El primer paso de la prueba es la presurización con nitrógeno y luego con helio, un gas que se utiliza para ayudar a identificar si hay alguna fuga en el tanque. Si Phoebus pasa esta prueba, el siguiente paso será realizar pruebas con oxígeno. «Trasladaremos a Phoebus a un sitio de pruebas militares de Rheinmetall en Unterlüß, Alemania», dice Underhill, «podemos realizar pruebas allí porque están acostumbrados a manejar explosiones… Cuando se trabaja con oxígeno líquido, si algo sale mal, ¡se estropea muy rápidamente!”
Las pruebas finales serán las más «probatorias» para el tanque, donde literalmente será arrastrado y empujado para simular las cargas de un lanzamiento de cohete en MT Aerospace en Augsburgo, Alemania. El tanque se llenará y presurizará con nitrógeno durante esta prueba para simular completamente su condición durante el vuelo.
