En los próximos años se podrán ver cohetes volando con tanques hechos de plástico ligero reforzado con fibra de carbono gracias a una investigación pionera llevada a cabo dentro del Programa Preparatorio de Futuros Lanzadores de la Agencia Espacial Europea (ESA).
De este modo, la alemana MT Aerospace ha demostrado un diseño novedoso de un tanque a pequeña escala hecho de un plástico reforzado con fibra de carbono (CFRP) que no solo es a prueba de fugas con hidrógeno líquido, sino que también es compatible con oxígeno líquido, sin el uso de un revestimiento de metal.
Las ventajas de este material son de peso. El plástico reforzado con fibra de carbono es más liviano que el metal y requiere menos piezas, lo que permite que sea más rápido y económico de fabricar.
“Este es un logro histórico, ya que normalmente, el almacenamiento de propulsores criogénicos como estos que se enfrían a -253˚C requiere tanques con revestimientos metálicos para hacerlos a prueba de fugas, con o sin una envoltura compuesta”, explican desde la ESA.
“Los tanques de combustible son elementos críticos para la seguridad en cualquier sistema de propulsión”», explicó Hans Steininger, director ejecutivo de MT Aerospace. “Hemos proporcionado pruebas de que un tanque de presión de alto rendimiento fabricado con CFRP puede resistir el estrés criogénico. En el futuro, el uso de tanques de alto rendimiento de CFRP no solo debería permitir el lanzamiento seguro de cohetes, sino que también puede aprovechar la ventaja de una masa significativamente menor en comparación con los tanques metálicos».
“Este es un tremendo paso adelante. Hemos encontrado un método de procesamiento y compuesto de carbono muy específico que nos permitirá considerar nuevas arquitecturas y combinaciones de funciones para las etapas superiores de los cohetes que no son posibles con metal”, agregó Kate Underhill, directora de proyectos de demostradores de propulsión y etapa superior en el Programa Preparatorio de Futuros Lanzadores de la ESA.
“El metal es hermético. Para recrear la misma propiedad con compuesto de carbono se requirió un tejido complejo de fibra de carbono negro y una resina especial. El material resistió temperaturas criogénicas, ciclos de presión y sustancias reactivas durante una serie de pruebas separadas», comentó Underhill.
Después de estas pruebas, se construirán pilotos de tanques a pequeña escala con protección térmica integrada para más pruebas. Los datos recopilados se incorporarán al desarrollo de un demostrador a gran escala de una futura etapa superior altamente optimizada, llamada Phoebus.
Phoebus tendrá tanques de hidrógeno y oxígeno de 3,5 metros de diámetro, protección térmica, elementos de montaje estructural y contará con nuevas tecnologías en aviónica, estructuras y equipos de propulsión. Se aplicará CFRP en los tanques, la estructura de interfaz entre los dos tanques y el cilindro exterior representativo de la capa exterior de la etapa superior.
El demostrador Phoebus se probará con fluidos criogénicos en 2023 para confirmar el rendimiento funcional de las tecnologías y los nuevos métodos de producción rentables como parte de un nuevo contrato para avanzar en el desarrollo de etapas superiores altamente optimizadas.
“Este es un excelente ejemplo de cómo el apoyo de la ESA a tecnologías maduras de vanguardia conduce a grandes avances. Este nuevo material liviano a base de carbono permitiría la fabricación de una plataforma superior Ariane 6 que es dos toneladas más liviana, una masa libre para cargas útiles”, dijo Daniel Neuenschwander, director de Transporte Espacial de la ESA.
