Werden Verbundwerkstoffe von Weltraumprogrammen verwendet?

Welche Trägerraketenkomponenten derzeit Verbundmaterialien verwenden, erzählt diese Folie aus der Präsentation Advanced Composite Structures and Materials Technologies for Launch Vehicles (PDF) der NASA ziemlich gut über Verbundwerkstoffe in aktuellen Trägerraketen (Präsentation ist vom März 2011):

Darüber hinaus verwenden einige suborbitale Raumflugzeuge auch Verbundwerkstoffe, wie zum Beispiel der Vollcarbon-Verbundkörper Virgin Galactic SpaceShipTwo und bis zu einem gewissen Grad wahrscheinlich die gesamte suborbitale Flotte von Virgin Galactic, einschließlich SpaceShipOne und ihrer Mutterschiffe, die sie in der Luft starten von White Knight Two bzw. White Knight . Sie werden alle von dem in Kalifornien ansässigen Luft- und Raumfahrtunternehmen Scaled Composites der Northrop Grumman Corporation gebaut .

Ob LauncherOne, die zukünftige orbitale Trägerrakete von Virgin Galactic, Teile aus Verbundwerkstoffen verwenden wird, ist jedoch unklar, da mir nur wenig über das vorgeschlagene Design bekannt ist, aber sie wird auch von ihrem Mutterschiff (Scaled Composites WhiteKnightTwo) aus in die Luft gestartet ein zusammengesetzter Körper.

Die NASA untersucht auch die Verwendung von Verbundwerkstoffen für zukünftige Weltraumforschungsmissionen (nicht nur Trägerraketen und Besatzungsmodule, sondern auch Sonden, Lander, Rover usw.) und hat eine Verbundforschungspartnerschaft mit Bell, GE, Lockheed Martin, Northrop Grumman, Boeing, United Technologies Corporation und Pratt & Whitney im September 2013.

Die NASA hat zuvor an einem Design für eine vollständig aus Verbundwerkstoffen hergestellte Druckhülle eines Erkundungsfahrzeugs der Orion-Besatzung gearbeitet , um interne Erfahrungen mit Verbundwerkstoffen zu sammeln, kryogene Kraftstofftanks aus Verbundwerkstoffen zu testen und bei Bedarf eine leichtere Verbundstoff-Nutzlastverkleidung für einige der Trägerraketen verwenden zu können sein, also haben sie eindeutig die Absicht, in Zukunft mehr Verbundwerkstoffe zu verwenden.

SpaceX Falcon 9 verwendet auch eine Nutzlastverkleidung aus kohlefaserverstärktem Polymer (nach Bildern zu urteilen, die in einem Webcast-Stream vor seinem letzten Flug sieben gezeigt wurden), aber sie besteht sicherlich aus Verbundwerkstoffen, wie auf der SpaceX-Seite zu Falcon angegeben 9 . Zusammen mit der NASA bauten sie auch eine Kohlenstoff-Verbundstoff-Trägerstruktur für den ersten Hitzeschild des Dragon-Raumfahrzeugs (Bildnachweis: SpaceX/Roger Gilbertson):

• Werden Verbundwerkstoffe (ausgiebig) von Trägerraketen oder Raumfahrzeugen verwendet?

Ja, fast seit den Anfängen der NASA. Zum Beispiel verwendete der Saturn V Verbundwerkstoffe.

Beachten Sie, dass "Verbundstoff" ein allgemeiner Begriff ist, der Fasern bedeutet, die in einer Matrix gehalten werden. Kohlefaser ist nur eine Faserart, wenn auch eine modische mit einem hohen Elastizitätsmodul. Fiberglas, Basalt und Aramid (Kevlar) sind andere Fasern. Zu den Matrizen gehören duroplastische Kunststoffe wie Polyester und viele Arten von Epoxid. Auch Sperrholz ist technisch gesehen ein Verbundwerkstoff: Holzfasern, die in einer Leimmatrix gebunden sind. Verbundwerkstoffe ohne Kohlefaser sind stark genug für die Primärstruktur: Rutans Flugzeuge, unzählige Segelboote, das Sperrholz De Havilland Mosquito.

• Welche Argumente sprechen in diesem Zusammenhang gegen den Einsatz von Composites?

Wenn die Herstellung nicht streng kontrolliert wird (z. B. Temperatur-Druck-Plan während der Aushärtung der Matrix), werden Variationen in den Eigenschaften des Verbundwerkstoffs festgestellt: Dichte, Wärmeleitfähigkeit, Spannungs-Dehnungs-Kurven, Widerstand gegen Rissausbreitung, Widerstand gegen Delaminierung, jada jada. Risikoscheue Ingenieure bevorzugen Metall: Wenn Sie einen Aluminiumbarren gesehen haben, haben Sie sie alle gesehen. (Zu Zeiten von Saturn V hieß es in der Geschäftswelt, dass niemand jemals gefeuert wurde, weil er IBM empfohlen hatte.)

Einige Ergänzungen zur Antwort von TildalWave:

Die ISS-Solaranlagen werden von Teleskopmasten getragen, die gebogene Glasfaserstäbe für die Teleskopfähigkeit und strukturelle Steifigkeit verwenden. (Quelle: Diese Zeitung )

Für die letzte Hubble-Wartungsmission bestanden die Träger, die die neuen Instrumente in der Nutzlastbucht von Atlantis montierten, vollständig aus Verbundwerkstoffen. (Quelle: Diese NASA-Seite )

Ich möchte Keramik-Matrix-Verbundwerkstoffe in die Liste möglicher Verbundwerkstoffe aufnehmen!

Es gibt mehrere Programme, in denen diese Hochleistungskeramiken getestet werden (z. B. SHEFEX I bis III des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt). Positive Eigenschaften sind zB Hitzebeständigkeit, Korrosionsverhalten und Isolation (elektrisch und thermisch) bei relativ geringer Dichte...