MT Aerospace demonstriert fortschrittlichen CFK-Wasserstofftank für Raketenantrieb

MT Aerospace demonstriert fortschrittlichen CFK-Wasserstofftank für Raketenantrieb

Die MT Aerospace AG (Augsburg, Deutschland), eine Tochtergesellschaft der Raumfahrt- und Technologiegruppe OHB SE (Bremen), hat einen wichtigen Meilenstein in der zielgerichteten Entwicklung einer CFK-Oberstufe für einen zukünftigen europäischen Träger erreicht. Ein Prototyp des hochleistungsfähigen CFK-Tanks für Raketentriebwerke wurde im DLR-Testzentrum Trauen, Deutschland, im Rahmen des ESA-ComET-Projekts innerhalb des Future Launchers Preparatory Programme (FLPP) getestet.

Durchbruch bei linernlosen CFK-Tanks

„Das Testergebnis ist ein bahnbrechender Erfolg in Europa; schließlich sind Treibstofftanks sicherheitskritische Elemente in jedem Antriebssystem“, erklärt Hans Steininger, CEO der MT Aerospace AG. „Wir haben den Nachweis erbracht, dass ein hochleistungsfähiger Drucktank aus CFK kryogenen Belastungen standhalten kann. In Zukunft sollte der Einsatz von CFK-Hochleistungstanks nicht nur sichere Raketenstarts ermöglichen, sondern auch den Vorteil deutlich geringerer Masse im Vergleich zu metallischen Tanks nutzen.“

Testkampagne im Detail

Die Testkampagne erfolgte in mehreren Stufen, da Wasserstoff speziell behandelt und gelagert werden muss; laut Unternehmen wird Wasserstoff erst bei 20 K (-253,15 °C, -423,67 °F) flüssig. Das Testobjekt, ein Tank mit 400 mm Durchmesser, wurde zunächst einem Helium-Lecktest bei Raumtemperatur und bei ca. 77 Kelvin (-196,15 °C, -321,07 °F) unterzogen. Anschließend wurde er mit flüssigem kryogenem Wasserstoff (LH₂) befüllt. Nach dem Befüllen wurde der Tank über den überkritischen LH₂-Druck hinaus unter Druck gesetzt, um einen Spannungszustand zu erreichen, der beim Raketenflug zu erwarten ist. MT Aerospace konnte somit erfolgreich demonstrieren, dass der entwickelte und gefertigte CFK-Tank die spezifizierten Anforderungen an LH₂-Dichtheit über die gesamte Lasthistorie erfüllt, selbst bei Kombination aus kryogenen thermischen Lasten und simultanen hohen mechanischen Lasten. Weitere Befüllungs- und Entleerungszyklen unterstrichen das hervorragende Verhalten des Tanks.

Zur Bestätigung der Tankqualität wurde ein zusätzlicher Helium-Lecktest durchgeführt. Dies gab MT Aerospace grünes Licht für einen weiteren Test, der sich auf die Reaktion des Tanks bei Befüllung mit flüssigem Sauerstoff (LOₓ) unter kryogenen Bedingungen konzentriert. Diese zweite Testkampagne soll beweisen, dass das ausgewählte CFK-Material für beide Medien (flüssiger Wasserstoff und flüssiger Sauerstoff) in einer zukünftigen Oberstufe geeignet ist.

Ausblick: PHOEBUS-Projekt

Für MT Aerospace bildet das Testergebnis eine solide Grundlage für die anstehenden Materialentscheidungen im Rahmen des PHOEBUS-Oberstufen-Demonstratorprojekts, mit dem ArianeGroup (Bremen, Deutschland) kürzlich beauftragt wurde. Das Projekt zielt darauf ab, Tanks mit zwei Metern Durchmesser bis Ende 2022 zu definieren, herzustellen und zu testen, als Vorbereitung für einen nahezu vollskaligen strukturellen Oberstufen-Demonstrator.

„Die Testergebnisse sind für uns sehr ermutigend, insbesondere im Hinblick auf unsere jüngste Investition zur Erweiterung der CFK-Fertigungsumgebung des Unternehmens“, fügt Dirk Lanuschny, Leiter Launcher-Programme bei MT Aerospace AG, hinzu und verweist auf eine AFP-Anlage (Automated Fiber Placement), die ab Anfang 2022 die Produktion von Tanks mit für Trägerraketen typischen Durchmessern ermöglichen wird. „Im Rahmen des PHOEBUS-Projekts beabsichtigen wir, die beiden kryogenen Tanks [LH₂, LOₓ] sowie die Primärstrukturen eines Oberstufen-Demonstrators mit 3,5 Metern Durchmesser zu fertigen.“