Dit onderzoeksproject had als doel om met behulp van Additive Manufacturing brandstoftanks te ontwikkelen met niet-standaard metalen, voor gebruik in ESPA- en ESPA Grande-klasse satellieten. De voortstuwingssystemen van Dawn Aerospace maken gebruik van zelf-drukvormende brandstoffen, waardoor er geen heliumdrukmiddelen en brandstofmanagementapparaten nodig zijn. Dit maakt flexibele, op maat gemaakte tankontwerpen mogelijk zonder extra systemen, waardoor de voortstuwingssystemen van Dawn eenvoudiger, sneller te produceren en kosteneffectiever zijn. Dankzij deze flexibiliteit kan Dawn inspelen op verschillende klantbehoeften. Het project draagt bij aan de doelstellingen van het Nederlandse ruimtevaartbeleid op de NSO-routekaart voor satellietsystemen, en sluit aan bij de doelstellingen van ESA.
De uitdaging
Het doel van dit project was om titanium brandstoftanks te ontwikkelen voor middelgrote satellieten met behulp van Additive Manufacturing (AM) van metaal. Deze ontwikkeling is belangrijk ter voorbereiding op een mogelijk verbod op hydrazine. Daarom richtte het project zich op het gebruik van industrieel beschikbare brandstoffen met een lage toxiciteit. Een ander doel is gewichtsvermindering.
De oplossing
Er werden testexemplaren en kwalificatietanks van titanium geproduceerd. Deze testartikelen zijn getest op kwalificatieniveau voor representatieve druk- en trilbelastingen. Geen van de testresultaten vertoonden afwijkingen. Bovendien werden er geen compatibiliteitsproblemen met brandstoffen gevonden.
Onze aanpak
De compatibiliteit met brandstoffen werd onderzocht door middel van verschillende testen op monsters die met additive manufacturing gemaakt waren. Er werden trekproeven uitgevoerd om ontwerpwaarden vast te stellen. De prestaties van het materiaal werden in verschillende richtingen en na onderdompeling in brandstof geëvalueerd. Er werden lektesten uitgevoerd op vlakke monsters met geprinte oppervlaktescheuren.
Het materiaal moest drukverlagende lekkage vertonen in plaats van onstabiele scheurgroei. Er werden ook druktesten uitgevoerd, waaronder proefdruk-, cyclische druk- en barstdruktesten. Er werden kwalificatietesten op druktanks uitgevoerd op een schudder met sinusvormige en willekeurige trillingen om hun prestaties onder bedrijfsomstandigheden te beoordelen en een betrouwbare werking te garanderen.
Project partners:
Dawn Aerospace (leiding), Koninklijke NLR, TNO-Energetic Materials
Periode: 2021 – 2023
Gefinancierd door de Netherlands Space Office (NSO – Nederlandse ruimtevaartorganisatie): Small Business Innovation Research (SBIR – Innovatie-onderzoek kleine bedrijven)
