As futuras naves espaciais poderão ser capazes de detectar e reparar os seus próprios danos estruturais em órbita, uma capacidade que poderá tornar as missões de longa duração e os veículos de lançamento reutilizáveis mais resilientes.
materiais autocurativos Os engenheiros estudam problemas com naves espaciais há anos, procurando maneiras de detectar e reparar danos que ocorrem após o lançamento. Agora, novo emprego conseguiu Agência Espacial Europeia (ESA) pretende avançar neste conceito combinando detecção e reparação de danos num sistema estrutural.
“A integração desta tecnologia nos nossos sistemas poderia trazer enormes benefícios para o transporte espacial”, disse Bernard Decotini, da ESA, no comunicado. “Isso ajudará no desenvolvimento Infraestrutura espacial reutilizável e reduzir os custos da missão. Isto é realmente uma prova do que a inovação europeia pode fazer pelo sector aeroespacial. “
A tecnologia, chamada Projeto Cassandra (abreviação de “Composite Autonomous Sensing and Repair”), usa um material compósito chamado HealTech, que contém um agente de cura especial embutido em camadas de fibra de carbono.
Os compósitos de fibra de carbono são amplamente utilizados em naves espaciais porque são leves e fortes. Com o tempo, entretanto, eles podem desenvolver rachaduras microscópicas devido a vibrações emitidas, tensões estruturais ou condições extremas. flutuações de temperatura. Quando aquecido, o material HealTech amolece e permite que os agentes de reparo incorporados fluam para pequenas rachaduras, unindo novamente as áreas danificadas e restaurando a resistência estrutural, disse o comunicado.
Para detectar danos, os engenheiros incorporaram sensores de fibra óptica em camadas de material compósito. Esses sensores monitoram continuamente a estrutura e podem localizar trincas ou outros defeitos. Uma vez detectado o dano, uma rede de pequenos elementos de aquecimento (dispostos de forma leve) Malha de alumínio impressa em 3D — Aquece a área afetada a aproximadamente 100 a 140 graus Celsius (212 a 284 graus Fahrenheit), ativando o processo de cicatrização e permitindo que o material se repare.
Os pesquisadores testaram uma variedade de estruturas de protótipos, desde pequenas amostras até painéis com cerca de 40 centímetros de largura. Os primeiros testes mostram que o sistema pode detectar fissuras, distribuir o calor com precisão nas áreas danificadas e restaurar a resistência estrutural após o reparo. Em seguida, a equipe planeja testar a adaptação do material para formatos maiores, como um tanque de combustível criogênico completo.
A HealTech foi desenvolvida como uma colaboração entre as empresas suíças CompPair e CSEM e a empresa belga Com&Sens através do programa de investigação Future Space Transport Innovations da ESA.
Uma aplicação potencial é reutilizável Sistemas de transporte espacial onde os veículos devem suportar ciclos repetidos de lançamento e reentrada. Estruturas de autocura podem reduzir o tempo de inspeção e os custos de manutenção entre os voos, ao mesmo tempo que prolongam a vida útil das peças da espaçonave. A tecnologia também pode ser útil para peças expostas a condições extremas, como tanques de armazenamento de propulsores criogênicos que sofrem variações severas de temperatura.
“Estou satisfeito por termos demonstrado que os compósitos HealTech com monitoramento de saúde e sistemas de aquecimento têm capacidade autônoma de detecção e reparo de danos, bem como alta resistência a microfissuras”, disse Cecilia Scazzoli, diretora de pesquisa e desenvolvimento da CompPair, em um comunicado.
“Isso permite que eles atendam aos exigentes requisitos de tanques de propelente e estruturas espaciais reutilizáveis e abre caminho para componentes de espaçonaves mais leves e de fácil manutenção”, acrescentou Scazzoli.
