ヨーロッパのESAの発表によると、宇宙への打ち上げは困難な作業であり、エンジンやソフトウェア、軌道計算、そして打ち上げ台だけでなく、燃料を保持するタンクもその一部で、その設計は驚くべき技術の産物であるとのことです。近日中にESAは、次世代のロケットタンク「Phoebus」のテストを開始する予定です。
ヨーロッパのロケットは液体酸素と液体水素を燃料として使用することが多く、これらは優れた推進剤ですが、液体の形態では-200℃以下の極端な温度で保管する必要があります。ロケットのタンクは、これらの超冷却された液体を冷やした状態で保つと同時に、できるだけ軽量であることが求められます。
水素にはさらにいくつかの問題があります。それは宇宙で最も小さい分子であり、小さなものを閉じ込めるのは難しいため、水素燃料タンクは人間が作り出すことのできる最も密閉性の高い容器である必要があります。また、水素ガスは非常に軽く、比較的少量のガスを保存するためには大量の容積が必要となり、これがタンクを軽量に保つという課題をさらに複雑にしています。
液体酸素にはさらに別の特性があり、それは高い反応性を持っており、多くの材料を素早く腐食させます。ロケットのタンクを設計し、製造することは決して容易なことではなく、打ち上げ時にはさらに複雑な状況になります。ロケットエンジンの点火と打ち上げ時には、ロケットは強烈な爆風にさらされ、各部品が圧縮され、振動し、燃料タンクは中に液体が揺れ動くため、最も厳しい状況に直面します。
ESAのPhoebusプロジェクトは、次世代のロケット燃料タンクのために炭素繊維強化プラスチックを検討しています。炭素繊維材料は非常に軽量で強度があり、世界中で注目を浴びていますが、これまで液体水素や液体酸素の保存に適した密閉性を持つものを製造することはできませんでした。しかし、ESA、MT Aerospace、ArianeGroupのヨーロッパのチームは、新しい製造技術や最先端の設計手法、プラスチックの化学を微調整することで、これらの制限を両方とも克服しました。
Phoebusは、地上から積層製造法により製造された炭素繊維強化プラスチック製の燃料タンクデモンストレーターです。この技術と革新的な設計により、エンジニアは燃料タンクを支持フレーム内に吊り下げる独特の形状を構築でき、その間に断熱空気層を設けることで、上記の多くの問題を一度に解決します。軽量で強度があり、密閉性があり、非反応性を持つPhoebusプロジェクトのキーエレメントは、先週、テスト準備レビューを通過し、テストを進めるための許可を得ました。2m直径のモデル酸素タンクが実際に飛行しているかのようにテストされ、同様の規模の水素タンクが来年テストされる予定です。これに続いて、2025年には完全な上段の構造デモンストレーターのテストが行われる予定です。
テストの最初のステップは、窒素とヘリウムでの加圧です。これはタンクに漏れがないかを確認するためのものです。Phoebusがこのテストに合格すれば、次のステップは酸素でのテストとなります。「Phoebusをドイツのウンタールスにあるラインメタルの軍事テストサイトに移動する予定です」とケイト・アンダーヒル氏は語ります。「そこでは爆発に対応する経験があるので、液体酸素を扱う際に問題が発生すると、それは非常に急速に悪化します！」と彼女は付け加えます。
最終的なテストは、タンクにとって最も「テスト」になるもので、MT Aerospaceのドイツ・アウクスブルクで行われます。このテストでは、タンクがロケットの打ち上げ時の負荷をシミュレートするために文字通り引っ張られ、押されます。このテスト中には、タンクは飛行中の状態を完全にシミュレートするために窒素で満たされ、加圧されます。