Phoebus: Giữ nguyên phân tử nhỏ nhất trong Vũ trụ
Tóm tắt
Các bình chứa hydro sợi carbon của dự án Phoebus đang được tiến hành để ứng dụng tiềm năng trong tương lai trên Ariane 6 và các ứng dụng công nghiệp phụ trợ
Các mô hình quy mô nhỏ hơn đã chứng minh công nghệ đầu tiên trên thế giới này là khả thi
Một bình chứa hydro nhựa gia cố sợi carbon dung tích 2600 lít hiện đang trong giai đoạn sản xuất cuối cùng
Một cơ sở thử nghiệm mới tại Trauen, Đức, đã vượt qua đánh giá thiết kế sơ bộ vào tháng 6 và đang được chuẩn bị để thử nghiệm hydro từ tháng 4 năm 2026
Chi tiết
Tầng trên của Phoebus trên quỹ đạo
Phoebus là một dự án của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) hợp tác với ArianeGroup và MT Aerospace. Dự án này nhằm mục đích đánh giá tính khả thi và lợi ích của việc thay thế các bình chứa kim loại trên tầng trên của Ariane 6 của ESA bằng các bình chứa nhựa gia cố sợi carbon. Mặc dù vật liệu nhẹ này có khả năng tiết kiệm hàng tấn khối lượng, nhưng phương pháp này chưa từng được triển khai trước đây và đặt ra những thách thức kỹ thuật đáng kể.
Lõi trung tâm của tên lửa Ariane 6 của ESA sử dụng oxy lỏng và hydro lỏng, hai phân tử rất khác nhau, vì vậy dự án Phoebus cần phát triển và sản xuất hai loại bình chứa có khả năng chịu được điều kiện khắc nghiệt. Bài viết này tập trung vào những tiến bộ đạt được trong việc chế tạo bình chứa hydro, các tin tức khác về Phoebus được liên kết ở cuối bài viết.
Hãy để nó đông lạnh
Bình chứa hydro Phoebus đang trong giai đoạn sản xuất cuối cùng
Hydro là phân tử nhỏ nhất trong Vũ trụ, và khi được sử dụng làm nhiên liệu cho tên lửa Ariane 6, nó phải được làm lạnh đến -253 °C, chỉ cao hơn 20 độ so với độ không tuyệt đối, nhiệt độ lạnh nhất trong Vũ trụ.
Thông thường, vật liệu composite sợi carbon không chịu được nhiệt độ lạnh như vậy, giống như da bạn vào mùa đông. Khi trời lạnh, da bạn sẽ trở nên khô và giòn, đến mức khi bạn di chuyển, nó có thể bị nứt. Điều này cũng tương tự đối với bình chứa sợi carbon: khi chứa đầy nhiên liệu lạnh dưới áp suất, các vết nứt nhỏ có thể hình thành, điều mà bạn không mong muốn trên bình chứa tên lửa.
Trong điều kiện khắc nghiệt này, nhóm dự án Phoebus đã vượt qua nhiều rào cản kỹ thuật - không chỉ về mặt phát triển và khái niệm bình chứa mà còn về mặt đo lường - hiện chưa có thiết bị bán sẵn nào có thể đo chính xác tỷ lệ rò rỉ cực nhỏ ở nhiệt độ cực thấp tới -253 °C.
Phoebus đã chứng minh điều này là khả thi: các bình chứa "chai" trình diễn nhỏ 60 lít đã cho thấy nhựa gia cố sợi carbon có thể giữ hydro ở dạng lỏng - mà không bị rò rỉ.
Tăng áp suất lạnh đến điểm nứt
Bình chứa hydro Phoebus cỡ 2m trên máy đặt sợi tự động
Hiện tại, nhóm Phoebus đang nghiên cứu một phiên bản lớn hơn với thiết kế được cập nhật, có thể chứa gần 2600 lít. Bình chứa hydro đường kính 2 mét này sẽ được thử nghiệm bằng cách nạp hydro vào năm tới.
Bình đã hoàn thành các bước sản xuất đầu tiên trên bình chịu áp suất bình chứa bên trong tại MT Aerospace ở Augsburg, Đức vào tháng 9 năm 2025 và dự kiến hoàn thành sản xuất vào tháng 12. ArianeGroup sẽ chịu trách nhiệm thử nghiệm và các kỹ sư của họ đang thiết kế cơ sở thử nghiệm.
Một chiến dịch thử nghiệm dự kiến diễn ra vào tháng 4 năm sau. Mặc dù được giữ ở nhiệt độ -253 °C, hydro rất dễ bắt lửa nên cần được xử lý cẩn thận, kỹ năng đặc biệt và các quy tắc an toàn nghiêm ngặt để đảm bảo mọi việc diễn ra suôn sẻ. Việc thử nghiệm sẽ được tiến hành tại một địa điểm thử nghiệm của ArianeGroup ở Trauen, Đức. Bình chứa sẽ được đẩy từng bước đến điểm gãy, tạo ra hiệu ứng nứt nhưng không thể tiếp tục: nhóm sẽ dừng lại trước khi đạt đến điểm hỏng hoàn toàn của bình chứa. Công việc tại địa điểm thử nghiệm mới đã bắt đầu vào tháng 2 năm 2025, với thiết kế sơ bộ được xác nhận vào tháng 6 năm 2025. Một đánh giá thiết kế quan trọng vào cuối năm nay sẽ cho phép bắt đầu các công trình xây dựng tại địa điểm này.
Phoebus
Nhiều thử nghiệm sẽ được thực hiện để cố gắng tìm hiểu càng nhiều càng tốt về cách bình chứa hoạt động như trên bệ phóng và trong quá trình cất cánh để hiểu cách thức và vị trí các vết nứt đầu tiên có thể xuất hiện. Các cảm biến trên và trong bình chứa sẽ cung cấp dữ liệu áp suất, nhiệt độ và ứng suất để theo dõi trong quá trình thử nghiệm và được đánh giá chuyên sâu giữa mỗi lần thử nghiệm.
Phoebus là một phần của Chương trình Chuẩn bị Phóng Tương lai (FLPP) của ESA, giúp phát triển công nghệ cho các hệ thống vận tải vũ trụ trong tương lai. Bằng cách hình thành ý tưởng, thiết kế và đầu tư vào công nghệ chưa có sẵn, chương trình này đang giảm thiểu rủi ro trong việc phát triển các dự án chưa được thử nghiệm và chứng minh cho không gian.
Bình chứa hydro Phoebus đang được sản xuất tại MT Aerospace
