Samonaprawiające się statki kosmiczne mogą zmienić przyszłe misje
Dzięki nowoczesnym materiałom kompozytowym w przyszłości konstrukcje statków kosmicznych mogą zyskać zdolność samodzielnego naprawiania uszkodzeń. Szwajcarskie firmy CompPair i CSEM oraz belgijska Com&Sens współpracują z European Space Agency nad dostosowaniem samo naprawiającego się kompozytu z włókna węglowego do zastosowań w transporcie kosmicznym.
Projekt Cassandra (Composite Autonomous SenSing AnD RepAir) zakłada integrację czujników oraz elementów grzewczych bezpośrednio w materiale kompozytowym. Dzięki temu struktura statku kosmicznego mogłaby samodzielnie wykrywać drobne uszkodzenia i uruchamiać proces ich naprawy.
Cassandra realizowana jest w ramach programu FIRST!, którego celem jest poszukiwanie i testowanie innowacyjnych technologii dla europejskiego transportu kosmicznego.
Kompozyt, który potrafi się „zagoić”
Materiały kompozytowe – zwłaszcza polimery wzmocnione włóknem węglowym – są dziś powszechnie stosowane w konstrukcjach statków kosmicznych. Łączą lekkość, dużą wytrzymałość i odporność na korozję. Mają jednak istotną wadę: są podatne na mikropęknięcia, które z czasem mogą się powiększać, szczególnie w pojazdach wielokrotnego użytku.
Aby rozwiązać ten problem, firma CompPair opracowała materiał kompozytowy HealTech. Po podgrzaniu aktywuje się w nim specjalny środek naprawczy, który ponownie rozlewa się w strukturze materiału i wypełnia uszkodzenia powstałe w wyniku uderzeń lub naprężeń.
Prototypowa struktura powstała poprzez połączenie sieci czujników światłowodowych z włóknami nasączonymi żywicą HealTech. Czujniki wykrywają uszkodzenia, a następnie zintegrowane aluminiowe siatki grzewcze – wydrukowane w technologii 3D – podgrzewają materiał do temperatury około 100–140°C, inicjując proces naprawy.
Testy i kolejne kroki
Naukowcy przetestowali próbki materiału o rozmiarach od 2 × 10 cm do 40 × 40 cm. Sprawdzano skuteczność wykrywania uszkodzeń, równomierność ogrzewania oraz efektywność procesu samonaprawy. Przeprowadzono także testy szokowe, symulujące warunki panujące w zbiornikach kriogenicznych.
Kolejnym etapem badań będzie zastosowanie materiału w większych strukturach, takich jak pełnowymiarowy zbiornik paliwa kriogenicznego.
Według Bernard Decotignie z ESA technologia ta może znacząco zmniejszyć ilość odpadów powstających podczas misji kosmicznych i wesprzeć rozwój rakiet wielokrotnego użytku.
– Wdrożenie tej technologii do naszych systemów może przynieść ogromne korzyści dla transportu kosmicznego, pomagając obniżyć koszty misji i rozwijać infrastrukturę kosmiczną wielokrotnego użytku – podkreśla Bernard Decotignie.
Robin Trigueira, dyrektor ds. technologii w CompPair, zaznacza, że projekt zbliża kosmiczne technologie do wizji znanych dotąd głównie z science fiction. Materiał HealTech może znacząco zwiększyć autonomię i trwałość przyszłych statków kosmicznych.
Z kolei Cecilia Scazzoli z CompPair podkreśla, że testy potwierdziły zdolność materiału do autonomicznego wykrywania i naprawy uszkodzeń oraz wysoką odporność na mikropęknięcia. Dzięki temu kompozyty tego typu mogą znaleźć zastosowanie w wymagających strukturach kosmicznych, takich jak zbiorniki paliwa czy elementy statków wielokrotnego użytku.
Źródło: ESA
Czytaj też: Trwają prace nad przywróceniem kontaktu z misją Proba-3
Grafika tytułowa: Yuri / Pixabay
