MT Aerospace valide un réservoir hydrogène CFRP sans liner pour propulsion spatiale

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 (PRFC) pour un futur lanceur européen. Un prototype de réservoir PRFC haute performance ciblé pour les moteurs-fusées a été testé au centre d'essais DLR German Aerospace à Trauen, Allemagne, dans le cadre du projet ComET de l'Agence spatiale européenne (ESA) au sein du Future Launchers Preparatory Programme (FLPP).

MT Aerospace affirme que le réservoir PRFC a prouvé sa capacité portante structurelle et son étanchéité sur plusieurs cycles de pression à des températures cryogéniques autour de 20 Kelvin (-253 °C), malgré l'absence de liner. « Le résultat du test est un succès révolutionnaire en Europe ; après tout, les réservoirs de carburant sont des éléments critiques pour 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 PRFC peut résister aux contraintes cryogéniques. À l'avenir, l'utilisation de réservoirs haute performance en PRFC devrait non seulement permettre des lancements de fusées sûrs, mais aussi exploiter l'avantage d'une masse significativement plus faible par rapport aux réservoirs métalliques. »

Campagne de test en plusieurs étapes

La campagne de test a été réalisée en plusieurs étapes, l'hydrogène devant être spécialement traité et stocké ; selon l'entreprise, l'hydrogène n'assume un état liquide qu'à 20 K (-253,15 °C, -423,67 °F). L'éprouvette, un réservoir de 400 mm de diamètre, a d'abord été soumise à un test de fuite à l'hélium à température ambiante et à environ 77 Kelvin (-196,15 °C, -321,07 °F). Elle a ensuite été remplie d'hydrogène liquide (cryogénique LH₂). Après remplissage, le réservoir a été mis sous pression au-delà de la pression supercritique du LH₂ afin d'atteindre une condition de contrainte attendue lors d'un vol de fusée. Par conséquent, MT Aerospace a pu démontrer avec succès que le réservoir PRFC qu'elle a développé et fabriqué répond aux exigences spécifiées en termes d'étanchéité au LH₂ sur tout l'historique de charge, même lorsqu'il est exposé 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 à l'hélium supplémentaire a été effectué. Cela a donné à MT Aerospace le feu vert pour un autre test, qui se concentrera sur la réaction du réservoir lorsqu'il est rempli d'oxygène liquide (LO_X) sous conditions cryogéniques. Cette seconde campagne de test vise à prouver que le matériau PRFC sélectionné est utilisable avec les deux milieux (hydrogène liquide et oxygène liquide) dans un futur étage supérieur.

Perspectives pour le projet PHOEBUS

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

« Les résultats des tests sont très encourageants pour nous, surtout au vu de notre récent investissement pour étendre l'environnement de fabrication PRFC de l'entreprise », ajoute Dirk Lanuschny, responsable des programmes lanceurs 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 de 3,5 mètres de diamètre. »