MT Aerospace prouve le réservoir d'hydrogène CFRP pour la propulsion des fusées

MT Aerospace AG (Augsbourg, Allemagne), filiale du groupe spatial et technologique OHB SE (Brême), a franchi une étape importante dans le développement ciblé d'un étage supérieur en polymère renforcé de fibres de carbone (CFRP) pour un futur lanceur européen. Un prototype du réservoir CFRP hautes performances destiné aux moteurs de fusée a été testé au centre d'essais aérospatial allemand du DLR à Trauen, en Allemagne, dans le cadre du projet ComET de l'Agence spatiale européenne (ESA) dans le cadre du programme préparatoire des futurs lanceurs (FLPP).

MT Aerospace affirme que le réservoir CFRP a prouvé sa capacité de charge structurelle et son étanchéité sur plusieurs cycles de pression à des températures cryogéniques d'environ 20 Kelvin (-253 ° C), malgré le fait qu'il soit sans doublure. « Le résultat du test est un succès sans précédent en Europe; après tout, les réservoirs de carburant sont des éléments essentiels à la sécurité de tout système de propulsion », explique Hans Steininger, PDG de MT Aerospace AG. « Nous avons apporté la preuve qu'un réservoir sous pression haute performance en CFRP peut résister aux contraintes cryogéniques. À l'avenir, l'utilisation de chars hautes performances CFRP ne devrait pas seulement permettre des lancements de fusées en toute sécurité, elle peut également exploiter l'avantage d'une masse nettement inférieure par rapport aux chars métalliques. »

La campagne d'essais s'est déroulée en plusieurs étapes, l'hydrogène devant être spécialement traité et stocké; selon l'entreprise, l'hydrogène ne prend un état liquide qu'à 20 K (-253,15 °C, -423,67 °F). L'éprouvette, un réservoir d'un diamètre de 400 millimètres, a d'abord été soumise à un test de fuite d'hélium à température ambiante et à environ 77 Kelvin (-196,15 °C, -321,07 °F). Il a ensuite été rempli de liquide (c'est-à-dire d'hydrogène cryogénique (LH₂ )). Après remplissage, le réservoir est pressurisé au-delà de la LH₂ supercritique pression afin d'atteindre une condition de stress à laquelle il faut s'attendre lorsqu'il est utilisé dans un vol de fusée. Par conséquent, MT Aerospace a pu démontrer avec succès que le réservoir CFRP qu'elle a développé et fabriqué répond aux exigences spécifiées en termes de LH₂ étanchéité tout au long de l'histoire de la charge, même lorsqu'elle est exposée à une combinaison de charges thermiques cryogéniques et de charges mécaniques élevées simultanées. D'autres cycles de remplissage et de vidange ont également souligné l'excellent comportement du réservoir.

Pour confirmer la qualité du réservoir, un test de fuite d'hélium supplémentaire a été effectué. Cela a donné le feu vert à MT Aerospace pour un autre test, qui se concentrera sur la réaction du réservoir lorsqu'il est rempli d'oxygène liquide (LO_X ) dans des conditions cryogéniques. Cette deuxième campagne de tests vise à prouver que le matériau CFRP sélectionné est adapté à une utilisation avec les deux milieux (c'est-à-dire l'hydrogène liquide et l'oxygène liquide) dans un futur étage supérieur.

Pour MT Aerospace, le résultat du test constitue une base solide pour les décisions de matériaux à venir dans le cadre du projet de démonstrateur d'étage supérieur PHOEBUS, avec lequel ArianeGroup (Brême, Allemagne) a été récemment mandaté. Le projet vise à définir, fabriquer et tester des réservoirs d'un diamètre de deux mètres d'ici la fin 2022, en vue d'un démonstrateur d'étage supérieur structurel quasi grandeur nature.

« Les résultats des tests sont très encourageants pour nous, en particulier compte tenu de notre récent investissement pour étendre l'environnement de fabrication de CFRP de l'entreprise », ajoute Dirk Lanuschny, responsable des programmes de lancement chez MT Aerospace AG, faisant référence à une installation de placement automatisé de fibres (AFP) qui permettra la production de réservoirs aux diamètres typiques des lanceurs début 2022. « Dans le cadre du projet PHOEBUS, nous avons l'intention de fabriquer les deux réservoirs cryogéniques [LH₂ , LO_x ] ainsi que les structures primaires d'un démonstrateur d'étage supérieur d'un diamètre de 3,5 mètres. »