¿Cómo hizo SpaceX su tanque de combustible de fibra de carbono de 12 metros?

Solía ​​trabajar en materiales aeroSPACE, por lo que tengo bastante experiencia en la fabricación de CFRP.

Normalmente, el “preimpregnado” de fibra de carbono / epoxi en “B” se coloca sobre un molde macho o hembra. Típicamente, para obtener la máxima resistencia y rigidez, las capas de fibras unidireccionales se colocan en ángulos variables, hasta el grosor deseado. Después de unas pocas capas más y luego una capa de embolsado al vacío, se cocina, generalmente primero al vacío para consolidación y desgasificación, luego presión, hasta una temperatura de aprox. 150C, dependiendo del epóxico.

Alternativamente, para formas esféricas o cilíndricas, la ‘cinta’ preimpregnada puede enrollarse sobre un mandril adecuado en un patrón de cruce adecuado, hasta el grosor deseado, y luego tratarse como anteriormente.

Mirando la foto de arriba, la capa externa parece ser fibras unidireccionales que van desde los ‘polos’ hasta el ecuador. Me imagino que esto está hecho de láminas de preimpregnado, cortadas en ‘gores’ triangulares, como la superficie de papel del globo de juguete de un niño. Las hojas de pre-preg también se pueden aplicar en forma transversal cerca del ecuador, y casi en ángulos de 45 grados. Acostado con éxito sobre esas curvas compuestas superiores sería una pesadilla. Muy raramente usamos tela tejida en los satélites, pero podría tener la flexibilidad requerida para acomodar esas curvas.

Nota: los cascos de los botes de ‘fibra de vidrio’ tienen curvas compuestas muy apretadas y se han colocado con éxito durante décadas, pero generalmente con esteras de filamentos picados o rociando fibra de vidrio picada en resina líquida. Estas hebras cortas carecen de las cualidades de resistencia que se requieren de las fibras de carbono.

Me imagino que no hay muchos lugares en el mundo expertos en diseño, o capaces de fabricar o probar en esta área, sin mencionar el equipo y las instalaciones requeridas.

La NASA y Boeing colaboraron en el diseño y la fabricación de un tanque criogénico compuesto de 5,5 m hace unos años utilizando una técnica de soldadura por fricción y agitación a través de una herramienta robótica de soldadura (RWT). El proceso negó la necesidad de un autoclave costoso y masivo que tradicionalmente se requiere.

Es concebible y tendría sentido que este tanque más grande se basara en el conocimiento, las tecnologías y los procesos existentes, ampliado para cumplir con sus requisitos.

Muy cuidadosamente.

La fibra de carbono no es conocida por su tolerancia al frío, por lo que nunca se ha considerado seriamente para las aplicaciones de crio Tanque (excepto por Firefly Aerospace, pero no han producido ningún hardware que yo sepa). Elon afirma haber desarrollado una forma de evitar esto, haciendo que el tanque de 12 metros sea mucho más ligero de lo que sería si estuviera hecho de materiales aeroespaciales más tradicionales.

Ahora, normalmente los componentes CF se fabrican en un molde. Las capas de tela CF se intercalan junto con un epoxi que luego se cura y endurece, lo que da como resultado la forma terminada. Bueno, solo como una nota, así es como se hacen los componentes más pequeños. Cuerpos de cohetes aficionados, tuberías, accesorios de automóviles, etc.

Para ser honesto, no estoy exactamente seguro de cómo se fabricó esto, pero si fuera una mujer de apuestas (que no lo soy), diría que se hizo por un proceso similar. Las dos mitades se fabricaron a partir de un molde y la sección de la línea central se usó para unirlas. Eso es lo que parece, para mí. Pero, una vez más, no lo sé y estaría dispuesto a asumir que los procesos de SpaceX son secretos de tipo comercial, como lo es la formulación de su nuevo CryoCF (SpaceX (compañía), siéntase libre de robar eso como un nombre comercial. Considere eso una contribución).

Este tanque parece haber sido fabricado en un molde dividido, utilizando un proceso automático de colocación de cinta y curado en horno.