NS1163 阿丽亚娜6型轻型火箭燃料罐将采用碳纤维和塑料替代金属材料

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欧空局在其未来发射器准备计划中取得了突破性进展，他们发现碳纤维增强塑料罐对火箭而言是可行的。这项新工作建立在早期研究的基础上，并展示了一种由独特的碳纤维增强塑料（CFRP）制成的小规模燃料罐的新设计。这种材料在使用液态氢时是防漏的，并且在不使用金属衬垫的情况下也能与液氧直接接触。

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欧空局在其未来发射器准备计划中取得了突破性进展，他们发现碳纤维增强塑料罐对火箭而言是可行的。这项新工作建立在早期研究的基础上，并展示了一种由独特的碳纤维增强塑料（CFRP）制成的小规模燃料罐的新设计。这种材料在使用液态氢时是防漏的，并且在不使用金属衬垫的情况下也能与液氧直接接触。

阿丽亚娜6型火箭
欧洲航天局表示，采用这种设计可以降低太空飞行的成本。
在欧洲航天局的支持下，德国航空航天公司“MT aerospace”推出了一种独特的设计，一种由碳纤维增强塑料制成的小型火箭燃料罐。该燃料罐可以容纳液氢和液氧而不泄漏，也不需要使用金属衬里。

项目研究人员指出，完全由CFRP制成的燃料罐比金属材质的要轻得多，而且建造起来更快、更便宜。通常储存液氧和液氢等低温推进剂需要具有金属衬里的罐子，以使其在有或没有复合材料外包层的情况下都能防漏。

之所以需要金属衬里，是因为推进剂被冷却到零下253摄氏度。燃料储存罐是推进系统的关键元素，该研究提供了证明，用CFRP制成的高性能压力罐可以承受低温压力。研究人员认为，未来使用CFRP高性能压力罐将使火箭的发射更加安全，同时提供比金属压力罐低得多的质量。

使用重量较低的部件建造火箭，使火箭能够产生相同的推力，意味着更高的运载有效载荷能力。研究人员说，他们发现了一种非常特殊的碳复合材料和加工方法，使他们能够考虑新的架构和功能组合，以创建使用金属不可能实现的火箭上级。

欧空局未来发射器准备项目的项目经理凯特·安德希尔（Kate Underhill）说：“这是向前迈进的一大步。我们已经发现了一种非常特殊的碳复合材料和加工方法，这将使我们能够考虑火箭上级的新架构和功能组合，这是使用金属是不可能实现的。”

火箭的上级对于高空和太空推进非常重要；根据欧空局太空运输部主任丹尼尔·纽恩施万德（Daniel Neuenschwander）的说法，将上级从铝改成碳复合材料，可能会产生额外2吨的有效载荷能力。

构建防漏的CFRP箱体需要复杂的黑色碳纤维和特殊树脂的编织。该材料在一些单独的测试中抵御了极低的低温、压力循环和反应性物质。不久后研究人员将进行更多的集成热保护的测试，测试的数据将用于开发一个全尺寸的演示器。

上图：由碳纤维增强塑料制成的燃料罐在德国航空航天中心进行了测试。
新的碳纤维增强塑料设计通过了低温压力测试，以了解燃料箱在将推进剂冷却至 -253˚C（-423.4 华氏度）时的表现。原来的金属材质是密封的，为了用碳复合材料重现相同的特性，需要黑色碳纤维和特殊树脂的复杂编织。该材料在许多单独的测试中都能抵抗低温、压力循环和反应性物质。最终，来自创新设计测试的数据，将应用于欧空局阿丽亚娜6型发射器的菲巴斯（Phoebus）上级火箭的最终外观。Phoebus 将拥有近 12 英尺宽的由碳纤维增强塑料制成的液氢和液氧罐，该材料还将应用于储罐与上级外层之间的界面。据欧洲航天局称，Phoebus 将在 2023 年用低温流体进行测试。（阅读链接：NS0737 阿丽亚娜6型运载火箭原型上面级碳复合材料获欧空局（ESA）资助）实际上，这个团队并不是唯一一个为航天器尝试使用非常规材料的团队。芬兰的工程师已经建造并测试了一个木制卫星原型，他们说这将是未来纳米卫星的概念验证，几乎没有金属部件。
来源：cnBeta.COM、网易号—知新了了

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