MT Aerospace beweist CFK-Wasserstofftank für Raketenantrieb

Die MT Aerospace AG (Augsburg, Deutschland), ein Tochterunternehmen des Raumfahrt- und Technologiekonzerns OHB SE (Bremen), hat einen wichtigen Meilenstein bei der gezielten Entwicklung einer carbonfaserverstärkten Polymer (CFK)-Oberstufe für eine zukünftige europäische Trägerrakete erreicht. Im Rahmen des ComET-Projekts der European Space Agency (ESA) der European Space Agency (ESA) im Rahmen des Future Launchers Preparatory Program (FLPP) wurde im DLR-Testzentrum der Deutschen Luft- und Raumfahrt in Trauen ein Prototyp des Hochleistungs-CFK-Tanks für Raketentriebwerke getestet.

Laut MT Aerospace hat der CFK-Tank seine strukturelle Tragfähigkeit und Dichtheit über mehrere Druckzyklen bei kryogenen Temperaturen um 20 Kelvin (-253°C) unter Beweis gestellt, obwohl er ohne Liner ist. „Das Testergebnis ist ein bahnbrechender Erfolg in Europa; Schließlich sind Kraftstofftanks sicherheitskritische Elemente in jedem Antriebssystem“, erklärt Hans Steininger, Vorstandsvorsitzender der MT Aerospace AG. „Wir haben den Beweis erbracht, dass ein Hochleistungs-Druckbehälter aus CFK kryogenen Belastungen standhält. Der Einsatz von CFK-Hochleistungstanks soll künftig nicht nur sichere Raketenstarts ermöglichen, sondern auch den Vorteil einer deutlich geringeren Masse gegenüber metallischen Panzern ausnutzen.“

Die Testkampagne wurde in mehreren Stufen durchgeführt, da Wasserstoff speziell aufbereitet und gelagert werden muss; Wasserstoff nimmt nach Unternehmensangaben erst bei 20 K (-253.15°C, -423.67°F) einen flüssigen Zustand an. Der Prüfling, ein Tank mit 400 Millimeter Durchmesser, wurde zunächst bei Raumtemperatur und ca. 77 Kelvin (-196,15 °C) einem Helium-Lecktest unterzogen. Es wurde dann mit Flüssigkeit (d. h. kryogenem Wasserstoff (LH₂ )). Nach dem Befüllen wurde der Tank über den überkritischen LH₂ . hinaus unter Druck gesetzt Druck, um einen beim Raketenflug zu erwartenden Belastungszustand zu erreichen. Somit konnte MT Aerospace erfolgreich nachweisen, dass der von ihr entwickelte und gefertigte CFK-Tank die spezifizierten Anforderungen an LH₂ . erfüllt Dichtheit über den gesamten Belastungsverlauf, auch bei einer Kombination aus kryogenen thermischen Belastungen und gleichzeitig hohen mechanischen Belastungen. Auch weitere Füll- und Entleerzyklen unterstrichen das hervorragende Verhalten des Tanks.

Um die Qualität des Tanks zu bestätigen, wurde ein zusätzlicher Helium-Leckagetest durchgeführt. Dies gab MT Aerospace grünes Licht für einen weiteren Test, der sich auf die Reaktion des Tanks konzentriert, wenn er mit flüssigem Sauerstoff gefüllt wird (LO_X ) unter kryogenen Bedingungen. Diese zweite Testkampagne soll beweisen, dass das gewählte CFK-Material für den Einsatz mit beiden Medien (also flüssigem Wasserstoff und flüssigem Sauerstoff) in einer zukünftigen Oberstufe geeignet ist.

Für MT Aerospace bildet das Testergebnis eine solide Grundlage für die anstehenden Materialentscheidungen im Rahmen des PHOEBUS Oberstufen-Demonstratorprojekts, mit dem die ArianeGroup (Bremen, Deutschland) kürzlich beauftragt wurde. Ziel des Projekts ist es, bis Ende 2022 Tanks mit einem Durchmesser von zwei Metern zu definieren, herzustellen und zu testen, in Vorbereitung auf einen nahezu maßstabsgetreuen strukturellen Oberstufendemonstrator.

„Die Testergebnisse sind für uns sehr ermutigend, insbesondere im Hinblick auf unsere jüngsten Investitionen in den Ausbau der CFK-Fertigungsumgebung des Unternehmens“, ergänzt Dirk Lanuschny, Leiter Launcher Programs bei der MT Aerospace AG, und verweist auf eine automatisierte Fiber Placement (AFP) Anlage, die wird Anfang 2022 die Produktion von Tanks mit typischen Durchmessern für Trägerraketen ermöglichen. „Im Rahmen des PHOEBUS-Projekts wollen wir die beiden Kryotanks [LH₂ , LO_x ] sowie die Primärstrukturen eines Oberstufen-Demonstrators mit einem Durchmesser von 3,5 Metern.“