Vynášení nákladů do vesmíru není snadné. Vzornou ukázkou pokročilé kosmické techniky nejsou jen orbitální výpočty, nebo startovní rampy, ale i nádrže, které uchovávají pohonné látky. Agentura ESA již brzy začne testovat novou generaci nádrží raket. Některé rakety spalují kapalný kyslík a vodík, což jsou v mnoha ohledech skvělé pohonné látky, ale pro jejich kapalné skupenství je potřeba udržovat je při extrémně nízkých teplotách i pod – 200°C. Nádrže raket musí udržet tyto hluboce podchlazené kapaliny při nízkých teplotách a přitom musí vážit co nejméně.
Zdroj: https://www.esa.int/
Vodík má navíc hned několik nepříjemných vlastností, které komplikují práci s ním. Vytváří totiž nejmenší možné molekuly, které se velmi složitě udržují v uzavřeném prostoru. Vodíkové nádrže proto musí být mimořádně těsné. Vodík je navíc velmi lehký, takže i malé množství tohoto plynu vyžaduje ke svému uchování velký objem, což opět komplikuje snahy o jeho uložení při zachování nízké hmotnosti nádrží. Při skladování pohonných látek v kapalném skupenství jsou nádrže natlakovány, aby se pohonné látky dostaly do motoru při správném tlaku a teplotě. To znamená, že nádrže musí být nejen hermeticky těsné a izolující, ale také pevné.
Kapalný kyslík má také jednu vlastnost, která komplikuje jeho skladování. Jedná se o velmi reaktivní látku, která velmi rychle koroduje mnoho materiálů. Navrhování a stavba správných nádrží pro rakety tedy není vůbec nic jednoduchého a to jsme se vlastně ještě ani nedostali ke startu, kdy se vše ještě zkomplikuje. Po zážehu motorů se raketa odlepí od rampy a každý její díl je vystaven intenzivním rázům, stlačování a chvění. Právě nádrže, ve kterých se mohou kapaliny převalovat, jsou vůči zmíněnému namáhání velmi náchylné.
Zdroj: https://www.esa.int/
Evropský projekt Phoebus si pro novou generaci nádrží raket vyhlédl uhlíkovými vlákny vyztužené plasty. Tyto materiály si v poslední době získávají stále větší oblibu, jelikož jsou extrémně lehké a přitom pevné. Až doposud však nebyly vhodné pro hermeticky těsné aplikace spojené se skladováním kapalného vodíku, případně kapalného kyslíku – tam byla pro změnu překážkou zmíněná reaktivita. Experti z agentury ESA, MT Aerospace a ArianeGroup nyní dokázali obě tyto překážky překonat použitím nových výrobních metod, ale i špičkovými návrhovými postupy a přesným laděním složení plastů.
Phoebus je demonstrátor nádrže z plastů vyztužených uhlíkovými vlákny, který byl vytvořen postupně po jednotlivých vrstvách. Tato technika spolu s inovativním designem umožnila inženýrům vytvořit jedinečný tvar, který zakomponoval nádrž do podpůrného rámce s izolační vzduchovou mezerou. Tím se podařilo jednou ranou vyřešit hned několik výše zmíněných problémů. Lehký, pevný, hermeticky těsný a nereaktivní klíčový prvek projektu Phoebus v říjnu prošel zhodnocením připravenosti ke zkouškám a dostal souhlas k zahájení testů. V jejich rámci bude model kyslíkové nádrže o průměru dvou metrů vystaven podmínkám, které by zažil při skutečném letu. Příští rok podstoupí tyto testy také podobně velká vodíková nádrž. V roce 2025 by pak měly začít testy plnorozměrového strukturálního demonstrátoru horního stupně.
„Fyzika, chemie a konstrukční techniky za tímto projektem jsou neuvěřitelné,“ říká Kate Underhill, vedoucí inženýrka projektu z ESA a dodává: „Když jsme projekt Phoebus zahájili, bylo riziko vysoké a to, že projekt dospěl do této fáze, bylo možné jen díky obrovskému odhodlání a know-how zapojených týmů z ESA, MT Aerospace a ArianeGroup, které spolupracovaly jako jeden celek.“ Prvním krokem testů bude tlakování dusíkem a později přijde na řadu helium, přičemž tento plyn poslouží k odhalení případných netěsností v nádrží. Pokud Phoebus projde těmito základními zkouškami, bude na něj v další fázi čekat zkouška s kyslíkem.
Zdroj: https://www.esa.int/
„Přesuneme Phoebus do vojenské testovací oblasti Rheinmetalu v německém Unterlüßu,“ říká Kate Underhill a dodává: „Můžeme tam testovat, protože tam jsou zvyklí na práci s výbušninami. A když pracujete s kapalným kyslíkem a něco se zvrtne, tak se to pak může pokazit hodně rychle.“ Závěrečný test bude pro nádrž nejnáročnější. Její konstrukce bude natahována a stlačována, aby se simulovala zátěž při startu rakety. K tomuto testu se využije zázemí MT Aeospace v německém Augsburgu. Při této zkoušce bude nádrž naplněna a natlakována kapalným dusíkem, aby se plně simulovaly podmínky při skutečném letu.
Přeloženo z:
https://www.esa.int/
Zdroje obrázků:
https://www.esa.int/…/25142067-1-eng-GB/Phoebus_testing.jpg
https://www.esa.int/…/Hoisting_of_cryogenic_upper_stage.jpg
https://www.esa.int/…/Phoebus_tank_structure_concept.png
https://www.esa.int/…/25148869-2-eng-GB/Phoebus_team.jpg
