MT Aerospace bewijst CFRP-waterstoftank voor raketaandrijving

MT Aerospace AG (Augsburg, Duitsland), een dochteronderneming van ruimte- en technologiegroep OHB SE (Bremen), heeft een belangrijke mijlpaal bereikt in de gerichte ontwikkeling van een met koolstofvezel versterkte polymeer (CFRP) bovenste trap voor een toekomstige Europese draagraket. Een prototype van de hoogwaardige CFRP-tank voor raketmotoren werd getest in het DLR German Aerospace-testcentrum in Trauen, Duitsland, als onderdeel van het ComET-project van de European Space Agency (ESA) binnen het Future Launchers Preparatory Program (FLPP).

MT Aerospace zegt dat de CFRP-tank zijn structurele draagkracht en dichtheid heeft bewezen over verschillende drukcycli bij cryogene temperaturen rond 20 Kelvin (-253 ° C), ondanks het feit dat hij linerless is. “Het testresultaat is een baanbrekend succes in Europa; brandstoftanks zijn tenslotte veiligheidskritieke elementen in elk voortstuwingssysteem”, legt Hans Steininger, CEO van MT Aerospace AG, uit. “We hebben het bewijs geleverd dat een hoogwaardige druktank van CFRP bestand is tegen cryogene belasting. In de toekomst moet het gebruik van hoogwaardige CFRP-tanks niet alleen veilige raketlanceringen mogelijk maken, maar ook het voordeel van een aanzienlijk lagere massa in vergelijking met metalen tanks.”

De testcampagne is in verschillende fasen uitgevoerd, omdat waterstof speciaal moet worden behandeld en opgeslagen; volgens het bedrijf neemt waterstof alleen een vloeibare toestand aan bij 20 K (-253.15°C, -423.67°F). Het proefstuk, een tank met een diameter van 400 millimeter, werd eerst onderworpen aan een heliumlektest bij kamertemperatuur en bij ongeveer 77 Kelvin (-196,15 °C, -321,07 °F). Het werd vervolgens gevuld met vloeistof (d.w.z. cryogene waterstof (LH₂ )). Na het vullen werd de tank onder druk gebracht tot boven de superkritische LH₂ druk om een ​​stresstoestand te bereiken die te verwachten is bij gebruik in een raketvlucht. Bijgevolg kon MT Aerospace met succes aantonen dat de door haar ontwikkelde en vervaardigde CFRP-tank voldoet aan de gespecificeerde vereisten op het gebied van LH₂ dichtheid over de gehele belastinggeschiedenis, zelfs bij blootstelling aan een combinatie van cryogene thermische belastingen en gelijktijdige, hoge mechanische belastingen. Verdere vul- en legcycli onderstreepten ook het uitstekende gedrag van de tank.

Om de kwaliteit van de tank te bevestigen, werd een extra heliumlektest uitgevoerd. Dit gaf MT Aerospace het startsein voor een nieuwe test, die zich zal concentreren op de reactie van de tank wanneer deze is gevuld met vloeibare zuurstof (LO_X ) onder cryogene omstandigheden. Deze tweede testcampagne is bedoeld om te bewijzen dat het geselecteerde CFRP-materiaal geschikt is voor gebruik met beide media (d.w.z. vloeibare waterstof en vloeibare zuurstof) in een toekomstige hogere trap.

Voor MT Aerospace vormt het testresultaat een solide basis voor de komende materiaalbeslissingen in het kader van het PHOEBUS-demonstratieproject voor de bovenste fase, waarmee ArianeGroup (Bremen, Duitsland) onlangs de opdracht kreeg. Het project heeft tot doel eind 2022 tanks met een diameter van twee meter te definiëren, te vervaardigen en te testen, ter voorbereiding van een bijna volledige structurele demonstrator voor de bovenste trap.

"De testresultaten zijn zeer bemoedigend voor ons, vooral gezien onze recente investering om de CFRP-productieomgeving van het bedrijf uit te breiden", voegt Dirk Lanuschny, hoofd Launcher Programs bij MT Aerospace AG, toe, verwijzend naar een faciliteit voor geautomatiseerde vezelplaatsing (AFP) die zal begin 2022 de productie mogelijk maken van tanks met een diameter die typisch is voor draagraketten. “Als onderdeel van het PHOEBUS-project zijn we van plan om de twee cryogene tanks [LH₂ , LO_x ] evenals de primaire structuren van een demonstrator op het bovenste podium met een diameter van 3,5 meter."