Projekt Phoebus. Trwają prace nad zbiornikami wodoru z włókna węglowego
Phoebus to projekt Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) realizowany wspólnie z ArianeGroup i MT Aerospace. Jego celem jest ocena wykonalności i korzyści wynikających z zastąpienia metalowych zbiorników w górnym stopniu Ariane 6 zbiornikami z tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknem węglowym.
Chociaż ten lekki materiał oferuje możliwość zaoszczędzenia kilku ton masy, takie podejście nigdy wcześniej nie zostało wdrożone i stanowi poważne wyzwanie techniczne. Rdzeń rakiety Ariane 6 zasilany jest ciekłym tlenem i ciekłym wodorem, które są dwiema bardzo różnymi cząsteczkami. Dlatego projekt Phoebus wymaga opracowania i wyprodukowania dwóch rodzajów zbiorników odpornych na ekstremalne warunki.
Wodór jest najmniejszą cząsteczką we Wszechświecie, a gdy jest wykorzystywany jako paliwo w rakiecie Ariane 6, musi zostać schłodzony do temperatury −253 °C, zaledwie 20 stopni powyżej zera absolutnego, czyli najniższej temperatury we Wszechświecie.
Kompozyty z włókna węglowego generalnie nie lubią tak niskiej temperatury, jak skóra zimą. W zimnie skóra staje się sucha i krucha, przez co może pękać przy ruchu. To samo dotyczy zbiorników z włókna węglowego: po napełnieniu chłodnym paliwem pod ciśnieniem mogą powstawać drobne pęknięcia, co jest niepożądane w przypadku zbiornika rakietowego.
W tych ekstremalnych warunkach zespół projektu Phoebus musiał pokonać wiele przeszkód technicznych – nie tylko w zakresie rozwoju i koncepcji zbiornika, ale także pomiarów – nie ma bowiem gotowych urządzeń, które precyzyjnie mierzyłyby minimalne szybkości wycieków w temperaturach kriogenicznych sięgających nawet –253 °C. Phoebus udowodnił już, że jest to możliwe: małe, 60-litrowe demonstracyjne zbiorniki w kształcie „butelki” wykazały, że plastik wzmocniony włóknem węglowym może utrzymywać wodór w postaci ciekłej – bez wycieków .
Testy dwumetrowego zbiornika na wodór
Zespół Phoebus pracuje obecnie nad większą wersją o unowocześnionej konstrukcji, która pomieści prawie 2600 litrów. Ten dwumetrowy zbiornik na wodór zostanie przetestowany poprzez napełnienie go wodorem w przyszłym roku.
Pierwsze etapy produkcji wewnętrznego zbiornika ciśnieniowego zbiornika zostały ukończone w zakładzie MT Aerospace w Augsburgu w Niemczech we wrześniu 2025 roku, a zakończenie produkcji planowane jest na grudzień. Za testy będzie odpowiedzialna firma ArianeGroup, a jej inżynierowie pracują nad projektem instalacji testowej.
Kampania testowa planowana jest na kwiecień przyszłego roku. Pomimo utrzymywania w temperaturze –253°C, wodór bardzo łatwo się zapala, dlatego wymaga ostrożnego obchodzenia się z nim, specjalnych umiejętności i surowych zasad bezpieczeństwa, aby wszystko przebiegło sprawnie. Testy zostaną przeprowadzone na poligonie testowym ArianeGroup w Trauen w Niemczech.
Zbiornik będzie stopniowo rozpychany do punktu krytycznego, co doprowadzi do pęknięcia, ale nie dalej: zespół zatrzyma się przed osiągnięciem punktu krytycznego. Prace nad nowym poligonem testowym rozpoczęły się w lutym 2025 roku, a wstępny projekt został zatwierdzony w czerwcu 2025 roku. Krytyczny przegląd projektu do końca tego roku pozwoli na rozpoczęcie prac budowlanych na tym terenie.
Przeprowadzone zostaną liczne testy, aby dowiedzieć się jak najwięcej o zachowaniu zbiornika na platformie startowej i podczas startu, a także zrozumieć, jak i gdzie mogą pojawić się pierwsze pęknięcia. Czujniki na zbiorniku i w nim będą dostarczać dane dotyczące ciśnienia, temperatury i naprężeń, które będą monitorowane podczas testów i szczegółowo oceniane między każdym testem.
Phoebus jest częścią Programu Przygotowania Przyszłych Starterów (FLPP) Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA), który pomaga rozwijać technologie przyszłości dla systemów transportu kosmicznego. Poprzez projektowanie, tworzenie i inwestowanie w technologie, które jeszcze nie istnieją, program ten zmniejsza ryzyko związane z rozwojem niesprawdzonych i niesprawdzonych projektów kosmicznych.
Źródło: esa
Czytaj też: Wojsko USA daje SpaceX zielone światło na 100 startów
Grafika tytułowa: Julia Casado / Pixabay
