MTエアロスペース、ロケット推進用高性能CFRP水素タンクの実証に成功

ライナーレスCFRPタンクが極低温水素で構造耐力と気密性を実証

OHB SE（ブレーメン）傘下の宇宙技術グループ子会社MTエアロスペースAG（アウクスブルク、ドイツ）は、将来の欧州ランチャー向け上段CFRP構造の開発で重要なマイルストーンに到達しました。欧州宇宙機関（ESA）のFLPP（将来ランチャー準備計画）内のComETプロジェクトの一環として、DLRドイツ航空宇宙センターのトラウエン試験施設で、ロケットエンジン向け高性能CFRPタンクの試作機が試験されました。

ライナーレスで極低温・高圧力に耐える

MTエアロスペースによれば、このCFRPタンクはライナーレスながら、約20ケルビン（-253℃）の極低温で複数の圧力サイクルにおいて、構造耐力と気密性を証明しました。「この試験結果は欧州における画期的な成功です。燃料タンクはあらゆる推進システムにおいて安全上重要な要素だからです」と、MTエアロスペースAGのCEO、ハンス・シュタイニンガー氏は説明します。「CFRP高性能圧力タンクが極低温ストレスに耐えられることを実証しました。将来的には、CFRP高性能タンクの使用が安全なロケット打ち上げを可能にするだけでなく、金属タンクと比較して大幅な軽量化という利点も活かせます。」

段階的な試験キャンペーン

試験は複数段階で実施されました。水素は特別な取り扱いと貯蔵が必要で、液体状態になるのは20K（-253.15℃、-423.67°F）においてのみです。直径400mmの試験体タンクは、まず常温および約77ケルビン（-196.15℃）でのヘリウムリーク試験を受け、次に液体水素（LH₂）で充填されました。充填後、超臨界LH₂圧力を超える加圧を行い、ロケット飛行時に予想される応力状態を再現。その結果、MTエアロスペースが開発・製造したCFRPタンクは、極低温熱負荷と高い機械的負荷が同時に作用する組み合わせ環境下でも、負荷履歴全体を通じてLH₂気密性において要求仕様を満たすことが実証されました。更なる充填・排出サイクルでも、タンクの優れた挙動が確認されました。

品質確認のため追加のヘリウムリーク試験を実施し、次は液体酸素（LOX）充填下での極低温条件におけるタンクの反応を検証する第2段階試験へ進みます。これにより、選定したCFRP材料が液体水素と液体酸素の両方に適合することを、将来の上段機体向けに証明する予定です。

PHOEBUS上段実証機プロジェクトへの展開

MTエアロスペースにとって、この試験結果は、アリアネグループ（ブレーメン）が最近受託したPHOEBUS上段実証機プロジェクトにおける今後の材料決定の確固たる基盤となります。同プロジェクトは、2022年末までに直径2メートルのタンクを定義・製造・試験し、実物大に近い構造上段実証機への準備を目指しています。

「試験結果は、特に当社がCFRP製造環境の拡張に最近投資したことを考えると、非常に励みになるものです」と、MTエアロスペースAGのランチャープログラム責任者、ダーク・ラヌシュニー氏は付け加えます。2022年初頭には、ランチャー典型の直径タンク製造を可能にする自動ファイバー積層（AFP）設備が稼働予定です。「PHOEBUSプロジェクトの一環として、直径3.5メートルの上段実証機の2つの極低温タンク（LH₂、LOX）および一次構造を製造する予定です。」