碳纖維增強(qiáng)塑料打造火箭燃料罐，可承受低溫壓力
2021.09.10歐空局在其未來發(fā)射器準(zhǔn)備計(jì)劃中取得了突破性進(jìn)展，他們發(fā)現(xiàn)使用碳纖維增強(qiáng)塑料罐對(duì)火箭而言是可行的。
這項(xiàng)新工作建立在早期研究的基礎(chǔ)上，并展示了一種由獨(dú)特的碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP）制成的小規(guī)模燃料罐的新設(shè)計(jì)。這種材料在使用液態(tài)氫時(shí)是防漏的，并且在不使用金屬襯墊的情況下也能與液氧直接接觸。
項(xiàng)目研究人員指出，完全由CFRP制成的燃料罐比金屬材質(zhì)的要輕得多，而且建造起來更快、更便宜。通常儲(chǔ)存液氧和液氫等低溫推進(jìn)劑需要具有金屬襯里的罐子，以使其在有或沒有復(fù)合材料外包層的情況下都能防漏。
之所以需要金屬襯里，是因?yàn)橥七M(jìn)劑被冷卻到零下253攝氏度。燃料儲(chǔ)存罐是推進(jìn)系統(tǒng)的關(guān)鍵元素，該研究提供了證明，用CFRP制成的高性能壓力罐可以承受低溫壓力。研究人員認(rèn)為，未來使用CFRP高性能壓力罐將使火箭的發(fā)射更加安全，同時(shí)提供比金屬壓力罐低得多的質(zhì)量。
使用重量較低的部件建造火箭，使火箭能夠產(chǎn)生相同的推力，意味著更高的運(yùn)載有效載荷能力。研究人員說，他們發(fā)現(xiàn)了一種非常特殊的碳復(fù)合材料和加工方法，使他們能夠考慮新的架構(gòu)和功能組合，以創(chuàng)建使用金屬不可能實(shí)現(xiàn)的火箭上面級(jí)。
構(gòu)建防漏的CFRP箱體需要復(fù)雜的黑色碳纖維和特殊樹脂的編織。該材料在一些單獨(dú)的測試中抵御了極低的低溫、壓力循環(huán)和反應(yīng)性物質(zhì)。不久后研究人員將進(jìn)行更多的集成熱保護(hù)的測試，測試的數(shù)據(jù)將用于開發(fā)一個(gè)全尺寸的演示器。