MT Aerospace demuestra tanque de hidrógeno CFRP avanzado para propulsión de cohetes

MT Aerospace AG (Augsburgo, Alemania), filial del grupo espacial y tecnológico OHB SE (Bremen), ha alcanzado un hito importante en el desarrollo dirigido de una etapa superior de composite de fibra de carbono (CFRP) para un futuro lanzador europeo. Un prototipo del tanque CFRP de alto rendimiento destinado a motores de cohete fue probado en las instalaciones del centro de ensayos aeroespaciales alemán DLR en Trauen, Alemania, como parte del proyecto ComET de la Agencia Espacial Europea (ESA) dentro del Future Launchers Preparatory Programme (FLPP).

Resultados revolucionarios en condiciones criogénicas

MT Aerospace afirma que el tanque CFRP ha demostrado su capacidad de carga estructural y estanqueidad a lo largo de varios ciclos de presión a temperaturas criogénicas alrededor de 20 Kelvin (-253 °C), a pesar de carecer de revestimiento interno (linerless). "El resultado de la prueba es un éxito revolucionario en Europa; al fin y al cabo, los tanques de combustible son elementos críticos para la seguridad en cualquier sistema de propulsión", explica Hans Steininger, CEO de MT Aerospace AG. "Hemos demostrado que un tanque de presión de alto rendimiento hecho de CFRP puede soportar estrés criogénico. En el futuro, el uso de tanques de alto rendimiento CFRP no solo debería permitir lanzamientos de cohetes seguros, sino que también puede aprovechar la ventaja de una masa significativamente menor comparada con tanques metálicos."

Campaña de pruebas en varias etapas

La campaña de pruebas se llevó a cabo en varias etapas, ya que el hidrógeno debe ser tratado y almacenado especialmente; según la empresa, el hidrógeno solo asume estado líquido a 20 K (-253,15 °C, -423,67 °F). El espécimen de prueba, un tanque de 400 milímetros de diámetro, fue sometido primero a una prueba de fugas con helio a temperatura ambiente y a unos 77 Kelvin (-196,15 °C, -321,07 °F). Luego se llenó con hidrógeno líquido criogénico (LH₂). Tras el llenado, el tanque se presurizó más allá de la presión supercrítica de LH₂ para lograr una condición de esfuerzo que se espera durante un vuelo de cohete. Consecuentemente, MT Aerospace pudo demostrar con éxito que el tanque CFRP que desarrolló y fabricó cumple los requisitos especificados en términos de estanqueidad de LH₂ a lo largo de toda la historia de carga, incluso cuando se expone a una combinación de cargas térmicas criogénicas y cargas mecánicas altas simultáneas. Los ciclos adicionales de llenado y vaciado también subrayaron el excelente comportamiento del tanque.

Para confirmar la calidad del tanque, se completó una prueba adicional de fugas con helio. Esto dio a MT Aerospace luz verde para otra prueba, que se centrará en la reacción del tanque cuando se llene con oxígeno líquido (LOX) bajo condiciones criogénicas. Esta segunda campaña de pruebas pretende demostrar que el material CFRP seleccionado es adecuado para su uso con ambos medios (hidrógeno líquido y oxígeno líquido) en una futura etapa superior.

Proyecto PHOEBUS y expansión de capacidades

Para MT Aerospace, el resultado de la prueba forma una base sólida para las próximas decisiones de materiales dentro del marco del proyecto demostrador de etapa superior PHOEBUS, con el que ArianeGroup (Bremen, Alemania) fue comisionado recientemente. El proyecto tiene como objetivo definir, fabricar y probar tanques con un diámetro de dos metros para finales de 2022, en preparación para un demostrador estructural de etapa superior casi a escala real.

"Los resultados de las pruebas son muy alentadores para nosotros, especialmente teniendo en cuenta nuestra reciente inversión para ampliar el entorno de fabricación CFRP de la empresa", añade Dirk Lanuschny, jefe de Programas de Lanzadores en MT Aerospace AG, refiriéndose a una instalación de colocación automática de fibra (AFP) que permitirá la producción de tanques con diámetros típicos de vehículos de lanzamiento a principios de 2022. "Como parte del proyecto PHOEBUS, tenemos la intención de fabricar los dos tanques criogénicos [LH₂, LOx] así como las estructuras primarias de un demostrador de etapa superior con un diámetro de 3,5 metros."