CFK-Treibstofftank für Rakete besteht Test

Leichter, kohlefaserverstärkter Kunststoff (CFK) ist stark genug, um Metall in den Oberstufenstrukturen von Raketen zu ersetzen. Das haben Tests an einem CFK-Treibstofftank bei der Entwicklung eines Prototyps einer hochoptimierten Oberstufe namens Phoebus durch MT Aerospace und ArianeGroup ergeben.

Das Hauptziel des von der ESA finanzierten Phoebus-Projekts ist es, die mögliche Nutzlast der Trägerrakete um mehr als zwei Tonnen zu erhöhen, indem die Masse der Oberstufe durch ein neues Design und leichtere Materialien reduziert wird. Gleichzeitig sollen die Produktionskosten gesenkt werden. CFK wird dabei für die kryogenen Treibstofftanks sowie die Primär- und Sekundärstrukturen verwendet. Das Fertigungsverfahren der CFK-Komponenten ermöglicht Funktionsintegration, was zu einer geringeren Anzahl von Bauteilen als bei einer vergleichbaren Metall-Konfiguration führt. Über diesen Weg werden Produktions- und Montagekosten reduziert.

„Zu den technologischen Herausforderungen gehören das Entwickeln der Maschinenfähigkeit, die eine hochpräzise Platzierung der Kohlenstoffverbundwerkstoffe ermöglicht, und das Identifizieren der optimalen nachfolgenden Aushärtungsschritte, um den Verbundstoff zu verfestigen. Die Kohlefaser muss den extrem niedrigen Temperaturen von flüssigem Sauerstoff und flüssigem Wasserstoff als Treibstoff standhalten. Es dürfen keine Lecks entstehen.“
 Kate Underhill, Triebwerks-Ingenieurin bei der ESA.

CFK kann mit Sauerstoff chemisch stark reagieren. Verhindern lässt sich das mit einem geeigneten Materialsystem aus Fasern und Harz. Das Beherrschen dieser Kompatibilität ist ein entscheidender Meilenstein, der nun im Rahmen des Phoebus-Projekts erreicht wurde.

Die nächsten Schritte sind ein leckdichtes Design eine Flüssigwasserstofftanks aus CFK und schließlich das Skalieren der Ergebnisse sowie Bodentests des nahezu maßstabsgetreuen Strukturdemonstrators im Jahr 2023.

Bild oben: Ein kleinskalierter CFK-Tank mit flüssigem Sauerstoff im Test. (Quelle: ESA)


Quelle: Pressemitteilung

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