خزانات بلاستيكية مدعمة بألياف الكربون Carbon Fibre Reinforced Plastic لمركبات الإطلاق الفضائي

وقع كلا من شركة MT Aerospace ومجموعة ArianeGroup عقودًا مع ESA في 14 مايو 2019 م، لتطوير فيبوس Phoebus ، وهي نموذج أولي Prototype للمرحلة العليا السوداء المحسنة للغاية Highly-Optimised Black Upper Stage .

عادة ما تكون المراحل العلوية للصواريخ مصنوعة من الألومنيوم ، لكن التحول إلى مركبات الكربون يقلل التكلفة ويمكن أن ينتج عنه زيادة بمقدار طنين في السعة الاحتياطية للحمولة. الصورة ESA .

.

موقع وكالة الفضاء الأوروبية ESA يوم 28 يوليو 2021 م

.

فكرة استخدام خزانات صواريخ من البلاستيك المقوى بألياف الكربون Carbon Fibre Reinforced Plastic ثبت أنها ممكنة.

 

يمكن لصواريخ المستقبل أن تطير بخزانات مصنوعة من البلاستيك خفيف الوزن والمقوى بألياف الكربون Carbon Fibre بفضل الأبحاث الرائدة التي أجريت في إطار البرنامج التحضيري للقاذفات Launchers المستقبلية التابع لوكالة الفضاء الأوروبية.

 

بناءً على الدراسات السابقة ، أثبتت شركة MT Aerospace في ألمانيا تصميمًا جديدًا لخزان صغير الحجم مصنوع من البلاستيك المقوى بألياف الكربون الفريدة Carbon Fibre Reinforced Plastic (CFRP) الذي لا يكون فقط مانعًا لتسرب الهيدروجين المسال Liquid Hydrogen ، ولكنه متوافق أيضًا مع الأكسجين المسال Liquid Oxygen ، بدون استخدام بطانة معدنية Metal Liner .

 

ختبرت شركة MT Aerospace قوة نموذج مصغر لخزان للمادة المؤكسدة Oxidiser Tank مصنوع من البلاستيك المقوى بألياف الكربون. خلال هذه الاختبارات ، تم ملء الخزان وتفريغة Drained عدة مرات ، و تم ضغطه خارج حدود ضغط التشغيل وتم عمل اختبار صدمات Shock Test لضمان عدم حدوث اشتعال لخزان الأكسجين. تراقب المستشعرات Sensors كلا من الضغط و درجة الحرارة و الإجهاد Strain و التسرب المحتمل. تحليل النتائج والسلامة الهيكلية الجيدة والشاملة للخزان يثبتان صحة التكنولوجيا المستخدمة في مرحلة فيبوس Phoebus العليا. الصورة ESA .

 

الخزان المصنوع فقط من البلاستيك والمقوى بألياف الكربون أخف بكثير من المعدن ، ويتطلب أجزاء أقل وبالتالي يكون تصنيعه أسرع وأرخص.

 

يعد هذا إنجازًا بارزًا كما هو معتاد ، فتخزين سوائل وقود الدافع المبردة Cryogenic Propellants مثل تلك التي يتم تبريدها إلى -253 درجة مئوية تتطلب خزانات ذات بطانات معدنية لجعلها مانعة للتسرب ، مع أو بدون غلاف مركب Composite Overwrap .

 

أوضح هانز شتاينجر Hans Steininger ، الرئيس التنفيذي لشركة MT Aerospace ، أن “خزانات الوقود هي عناصر أساسية للسلامة في أي نظام دفع Propulsion System”. “لقد قدمنا دليلاً على أن خزان ضغط Pressure Tank عالي الأداء مصنوع من CFRP يمكنه تحمل إجهاد التبريد Cryogenic Stress . في المستقبل ، استخدام الخزانات عالية الأداء المصنوعة من البلاستيك المقوى بألياف الكربون لن تؤدي إلى تمكين الإطلاق الآمن للصواريخ فحسب ، بل يمكنها أيضًا استغلال ميزة الكتلة Mass الأقل بشكل ملحوظ مقارنة بالخزانات المعدنية “.

 

“هذه خطوة هائلة إلى الأمام. لقد وجدنا طريقة معالجة Processing Method ومركب كربون محددًا للغاية يسمحان لنا بالنظر في بنى جديدة ومجموعات من الوظائف للمراحل العليا للصواريخ والتي لا يمكن تنفيذها باستخدام المعدن “، أضافت كيت أندرهيل Kate Underhill ، مديرة مشروع العرض العلمي للدفع والمرحلة العليا Upper stage and propulsion demonstrators في البرنامج التحضيري لقاذفات المستقبل Future Launchers Preparatory Programme التابع لوكالة الفضاء الأوروبية ESA.

 

“المعدن مانع للتسرب. لإعادة إنشاء نفس الخاصية باستخدام مركب الكربون يتطلب نسجًا معقدًا من ألياف الكربون الأسود وراتنج Resin خاص. قاومت المادة درجات الحرارة شديدة البرودة Cryogenic Temperatures ودورات الضغط Pressure Cycles والمواد التفاعلية خلال عدد من الاختبارات المنفصلة Reactive Substances”.

 

بعد اختبارات “القنينة Bottle” هذه ، سيتم قريبًا بناء نماذج توضيحية لخزانات صغيرة الحجم مزودة بحماية حرارية مدمجة Integrated Thermal Protection لإجراء مزيد من الاختبارات. ستغذي البيانات التي تم جمعها في تطوير نموذج توضيحي كبير Full-Scale Demonstrator لمرحلة عليا محسنة للغاية في المستقبل ، تسمى فيبوس Phoebus.

 

ستحتوي المرحلة العليا فيبوس Phoebus على خزانات هيدروجين وأكسجين قطرها 3.5 متر ، وحماية حرارية Thermal Protection ، وعناصر تجميع هيكلية وتتميز بتقنيات جديدة في إلكترونيات الطيران Avionics والهياكل ومعدات الدفع Propulsion Equipment . سيتم تطبيق تقنية CFRP في الخزانات ، وفي هيكل الواجهة Interface Structure بين الخزانين وفي الأسطوانة الخارجية Outside Cylinder التي تمثل الطبقة الخارجية للمرحلة العليا.

 

سيتم اختبار نموذج العرض فيبوس Phoebus باستخدام السوائل المبردة في عام 2023 لتأكيد الأداء الوظيفي Functional Performance لتلك التقنيات وطرق الإنتاج الجديدة الفعالة من حيث التكلفة كجزء من عقد جديد للمضي قدمًا في تطوير المراحل العليا المحسنة للغاية.

 

“ها هو مثال ممتاز على كيفية قيام وكالة الفضاء الأوروبية ESA بدعم التقنيات المتطورة الناضجة لإحداث ارتقاء كبيرة. قال دانيال نوينشفاندر Daniel Neuenschwander ، مدير النقل الفضائي في وكالة الفضاء الأوروبية ، إن هذه المادة الجديدة خفيفة الوزن القائمة على الكربون ستسمح بتصنيع مرحلة عليا للصاروخ آريان 6 بحيث تكون أخف وزنًا بمقدار طنين – كتلة سيتم توفيرها للحمولات.

 

مشروع فيبوس Phoebus هو مبادرة مشتركة بين شركة MT Aerospace و مجموعة ArianeGroup في ألمانيا للتحقق من صحة التقنيات الرئيسية التي تم تطويرها بدعم من وكالة الفضاء الأوروبية ESA منذ مايو 2019 م.

*

اضغط هنا لتتابع صفحتنا علي الفيس بوكو 

*******************************

 

handwave-yellow

مواضيع ذات صلة

 .

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

handwave-yellow

Share this...شارك المقالة
Email this to someone
email
Share on Reddit
Reddit
Tweet about this on Twitter
Twitter
Share on Facebook
Facebook
Share on LinkedIn
Linkedin

**************************************

ملاحظة

  • إذا كان لديك مقالة تريد نشرها أو لديك تعديل أو اقتراح جيد ، فمن فضلك سجل اقتراحك في تعليق علي الموضوع .
  • أو راسلنا علي البريد التالي لنشر مقال خاص بك : info@inst-sm.coim

مكتبة محاكاة الأجهزة


أترك تعليق