As naves espaciais do futuro 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 para naves espaciais têm sido estudadas há anos, enquanto os engenheiros procuram maneiras de detectar e reparar danos que ocorrem após o lançamento. Agora, um novo trabalho apoiado pelo Agência Espacial Europeia (ESA) pretende fazer avançar o conceito, combinando a detecção e reparação de danos num único sistema estrutural.
“Implementar esta tecnologia nos nossos sistemas poderia trazer enormes benefícios para o transporte espacial”, disse Bernard Decotignie da ESA no comunicado. “Isso ajudará a desenvolver infraestrutura espacial reutilizável e reduzir os custos da missão. Isto prova realmente o que a inovação europeia pode fazer pelo setor espacial.”
A tecnologia, chamada Projeto Cassandra (abreviação de “Composite Autonomous Sensing And Repair”), usa um material compósito conhecido como HealTech, que contém um agente de cura especial embutido nas camadas de fibra de carbono.
Os compósitos de fibra de carbono são amplamente utilizados em naves espaciais porque são leves e fortes. No entanto, com o tempo, podem desenvolver fissuras microscópicas devido a vibrações de lançamento, tensões estruturais ou condições extremas. oscilações de temperatura. Quando aquecido, o material HealTech amolece e permite que o agente de cura incorporado flua para pequenas rachaduras, unindo novamente as áreas danificadas e restaurando a resistência estrutural, de acordo com o comunicado.
Para detectar danos, os engenheiros incorporaram sensores de fibra óptica nas camadas compostas. Esses sensores monitoram continuamente a estrutura e podem identificar a localização de rachaduras ou outros defeitos. Uma vez detectado o dano, uma rede de pequenos elementos de aquecimento – dispostos em estruturas leves Grades de alumínio impressas em 3D – aquece a área afetada a cerca de 100 a 140 graus Celsius (212 a 284 graus Fahrenheit), o que ativa o processo de cicatrização e permite que o material se repare.
Os pesquisadores já testaram estruturas de protótipos que vão 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 os reparos. Em seguida, a equipe planeja testar a adaptação do material para um formato maior, como um tanque de combustível criogênico completo.
O desenvolvimento da HealTech é uma colaboração entre as empresas suíças CompPair e CSEM e a empresa belga Com&Sens, através do programa Future Innovation Research in Space Transportation da ESA.
Uma aplicação potencial é reutilizável sistemas de transporte espacial, nos quais os veículos devem suportar repetidos ciclos de lançamento e reentrada. Estruturas auto-reparáveis poderiam reduzir o tempo de inspeção e os custos de manutenção entre os voos, ao mesmo tempo que prolongam a vida útil dos componentes da nave espacial. A tecnologia também pode ser útil para peças expostas a condições extremas, como tanques de propulsores criogênicos que sofrem variações drásticas de temperatura.
“Estou entusiasmado por termos demonstrado que os compósitos HealTech com monitoramento de saúde e sistemas de aquecimento apresentam detecção e cura autônoma de danos e alta resistência a microfissuras”, disse Cecilia Scazzoli, chefe de pesquisa e desenvolvimento da CompPair, no comunicado.
“Isso os torna adequados aos exigentes requisitos de tanques de propelente e estruturas espaciais reutilizáveis e abre caminho para componentes de espaçonaves mais leves e de maior manutenção”, acrescentou Scazzoli.
