Las empresas suizas CompPair y CSEM, junto con la belga Com & Sens, se han asociado con la Agencia Espacial Europea (ESA) para modificar su producto de fibra de carbono autorreparable para su uso en el transporte espacial. Las estructuras reparables para naves espaciales podrían ser utilizables pronto gracias a la tecnología de compuestos de vanguardia.
El Proyecto CASSANDRA (Composite Autonomous SenSing AnD RepAir) incluye sensores y un elemento calefactor en un material compuesto de fibra de carbono, lo que permite a las naves espaciales reparar de forma autónoma las etapas iniciales del daño. Cassandra forma parte de la Iniciativa de Investigación de Innovación Futura en Transporte Espacial (FIRST!) de la ESA, que busca y prueba tecnología innovadora que beneficiará al transporte espacial europeo.
Materiales compuestos en el espacio
Los materiales compuestos, como los polímeros reforzados con fibra de carbono, se utilizan cada vez más en las estructuras de naves espaciales. Están compuestos por una matriz polimérica reforzada con capas de fibra de carbono o vidrio. Esto crea un material fuerte y ligero, resistente a la corrosión. Sin embargo, los materiales compuestos también son sensibles a los daños, especialmente si se realizan viajes espaciales repetidos, y las pequeñas grietas pueden agravarse con el tiempo. Las reparaciones pueden ser costosas y requerir mucho tiempo, además de debilitar la integridad estructural.
Con esto en mente, CompPair desarrolló ‘HealTech’, un material compuesto que se autorepara. Al calentarlo, un agente curativo en su interior se activa y refluye para reparar los daños causados por impactos o estrés.
Se creó un prototipo de la estructura compuesta integrando una red de sensores de fibra óptica en las fibras impregnadas de resina de HealTech. Los sensores detectan cualquier daño en la estructura. Una vez detectado, el material se calienta a 100-140 °C mediante rejillas de aluminio integradas e impresas en 3D.
Se han sometido a pruebas diversas muestras del material, de entre 2 x 10 cm y 40 x 40 cm. Las pruebas se centraron en la eficacia del control de daños, el calentamiento homogéneo y la capacidad de autorreparación del material. Además, se realizaron pruebas de choque térmico para supervisar la respuesta del material a las condiciones típicas de un tanque criogénico.
La siguiente etapa de pruebas implicará adaptar el material a una forma más grande, como un tanque de combustible criogénico completo.
Beneficios para Europa
Este material podría reducir los residuos de las misiones espaciales y sería ideal para lanzadores reutilizables. «Implementar esta tecnología en nuestros sistemas podría tener enormes beneficios para el transporte espacial», afirma Bernard Decotignie, de la ESA. «Ayudará a desarrollar infraestructura espacial reutilizable y a reducir los costes de las misiones. Esto demuestra claramente el potencial de la innovación europea para el sector espacial».
Robin Trigueira, director de tecnología de CompPair, declaró que «estoy entusiasmado con las ventajas en autonomía y durabilidad que podemos aportar a las futuras naves espaciales y lanzaderas, acortando la distancia entre la ciencia ficción y la realidad. Este proyecto supone un gran avance para CompPair en el sector espacial. HealTech está impulsando un avance tecnológico sin precedentes en la monitorización y gestión del estado de los materiales compuestos, lo que pone de manifiesto las posibilidades que ofrecen los compuestos curables para la optimización de costes de las estructuras espaciales reutilizables».
Cecilia Scazzoli, jefa de investigación y desarrollo de CompPair, explica que «los compuestos HealTech con sistemas de monitorización de salud y calefacción presentan detección y reparación de daños autónomas, así como una alta resistencia a las microfisuras. Esto los hace idóneos para los exigentes requisitos de los tanques de combustible y las estructuras espaciales reutilizables, y allana el camino para componentes de naves espaciales más ligeros y fáciles de mantener».
