Réservoirs en CFRP pour la prochaine génération de fusées Nixus

Le projet de recherche Nixus

Le projet de recherche Nixus est un projet clé de WARR Rocketry, le groupe de travail scientifique pour la technologie des fusées et l'astronautique de l'université technique de Munich. WARR Rocketry est le plus ancien groupe étudiant dédié à l'astronautique en Europe et rassemble plus de 150 étudiants issus de différentes disciplines.

Nixus est une fusée cryogénique bi-liquide destinée à la recherche en altitude, fonctionnant à l'oxygène liquide (LOX) et à l'éthanol. L'objectif est d'atteindre une altitude cible de 9 000 mètres avec la plus grande précision possible lors de compétitions internationales telles que l'European Rocketry Challenge (EuRoC) – un défi technique particulier qui nécessite un calcul exact de la masse, un dosage précis du carburant, une optimisation aérodynamique et un contrôle de vol précis.

Outre l'objectif de la compétition, le projet poursuit une mission claire de recherche et de formation : il permet aux étudiants de développer et de mettre en œuvre de manière pratique des technologies spatiales complexes, de la conception et la fabrication aux essais et à l'analyse des données après le vol. Le nom « Nixus » est dérivé du personnage mythologique Nixus et symbolise la motivation, le dynamisme et la volonté inébranlable d'atteindre de nouveaux sommets.

Des jauges de contrainte de type BFRAB-5-5-5LJCT-F d'Althen sont utilisées pour la surveillance structurelle des réservoirs en CFRP et des contraintes mécaniques associées. Cette jauge de contrainte à film se caractérise par sa conception compacte, sa grande précision de mesure et sa compensation de température, ce qui la rend idéale pour une utilisation dans les conditions extrêmes d'un lancement de fusée. Sa construction robuste lui permet de fonctionner dans des conditions de fortes vibrations, d'accélérations élevées et de variations de température importantes, telles que celles rencontrées dans les propulseurs cryogéniques. Dans le cadre du projet Nixus, les jauges de contrainte sont placées de manière ciblée sur les zones fortement sollicitées de la structure du réservoir en PRFC afin de collecter des données précises sur les déformations, les contraintes et les déformations structurelles potentielles pendant les essais. Ces informations sont essentielles pour optimiser davantage la conception, identifier les réserves de matériaux et garantir la fiabilité à long terme des réservoirs.

Difficultés techniques

Au cours des essais, des difficultés techniques répétées sont toutefois apparues, notamment en ce qui concerne l'étanchéité et la stabilité structurelle dans des conditions cryogéniques. Malgré plusieurs tentatives d'optimisation, la conception entièrement en PRFC n'a pas pu être mise en service de manière fiable.

Afin de pouvoir tout de même participer au concours et garantir le bon déroulement du vol, l'équipe a décidé à contrecœur de recourir à une solution hybride aluminium-CFK. Une structure en aluminium absorbe la charge principale, tandis que des éléments en CFK assurent un gain de poids et une résistance supplémentaire. Cette variante s'est avérée pratique et a constitué la base du lancement réussi de l'EuRoC.

Parallèlement à cette solution provisoire, le développement du réservoir entièrement en CFRP n'a pas été abandonné, mais poursuivi de manière ciblée, avec pour objectif d'être la première équipe étudiante européenne à faire voler un réservoir entièrement en CFRP fonctionnel lors du prochain concours.

Perspectives – Motivation et prochaines étapes

Le succès incontestable de Nixus et EuRoC nous encourage à être la première équipe étudiante européenne à utiliser à nouveau des réservoirs en CFRP dans une fusée l'année prochaine, avec une robustesse accrue, une technologie de mesure et de structure améliorée et, bien sûr, un réservoir entièrement nouveau et innovant.