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在進入太空的路上，每一克重量都很關(guān)鍵。新的阿麗亞娜6號航天器甚至還沒有飛起來，但開發(fā)團隊已經(jīng)在研究下一代63米高的火箭。目標是將歐洲航天希望的重量減少2噸：火箭的重量越小，它能攜帶的有效載荷就越多。
專家們把目光投向了在不來梅開發(fā)和建造的火箭末級。它將在本世紀末被設(shè)計成一個"黑色上層舞臺"，碳纖維復(fù)合材料將取代以前的金屬結(jié)構(gòu)。研究人員說：“每多一公斤的有效載荷都會降低發(fā)射成本。”在阿麗亞娜6號次發(fā)射前約一年，研究人員作為歐洲火箭制造商阿麗亞娜集團（ArianeGroup）不萊梅基地未來項目的負責人領(lǐng)導一個技術(shù)要求很高的 "黑色末級"項目。這個項目是否能夠成功，要到2025年左右才能看到。
鑒于帶有四個助推火箭的重載級的總重量高達860噸，阿麗亞娜6號的末級重量是多2噸還是少2噸，起初似乎并不重要。然而，終，只有末級與有效載荷一起飛過太空。研究人員說："這個舞臺每變輕一公斤，就直接可以增加有效載荷一公斤。"
自從特斯拉開發(fā)商和推特所有者以傾銷價格攪動國際衛(wèi)星發(fā)射市場以來，在通往星空的道路上的競爭一直是殘酷無情的-至少在歐洲太空旅行者看來是這樣。重要的是有效載荷。有了更輕的末級，阿麗亞娜6號就可以攜帶13.5噸而不是11.5噸的有效載荷進入地球靜止軌道。額外的有效載荷對商業(yè)用戶特別有意義，例如來自電信部門。
使用碳纖維而不是金屬來減輕基本結(jié)構(gòu)部件的重量，早已成為航空業(yè)日常生活的一部分。航空航天工程師也已經(jīng)與這種材料打了一段時間的交道。相關(guān)人員說："使用纖維復(fù)合材料，設(shè)計的自由度非常高，而且需要的連接元件也（如法蘭或螺絲）少得多，"他列舉了一些優(yōu)點。
然而，也有一些技術(shù)挑戰(zhàn)-尋找解決方案是Phoebus項目（高度優(yōu)化的黑色末級原型；這里的"黑色"代表黑色材料碳）的重點，歐洲航天局ESA于11月初委托阿麗亞娜集團進行該項目。
不來梅生產(chǎn)的火箭末級除了發(fā)動機外，還包括三個基本部件：一個液態(tài)氫和氧的罐子，以及一個外殼，它同時承擔著支撐結(jié)構(gòu)的功能。原則上，用碳纖維纏繞空心體早已不是障礙。航空航天公司MT Aerospace擁有相關(guān)經(jīng)驗；除其他外，這家位于不來梅的OHB集團的子公司生產(chǎn)航空用碳罐，并憑借這一技術(shù)成為阿麗亞娜集團的Phoebus項目合作伙伴。
與傳統(tǒng)的航空燃料或石蠟不同，火箭燃料給燃料開發(fā)商帶來了極大的挑戰(zhàn)：液態(tài)氫幾乎會遷移到所有的材料中。Rakers解釋說：“而液氧具有極強的攻擊性，可以攻擊大多數(shù)表面。這兩種燃料成分也都儲存在極端溫度下：氫氣在-253℃，氧氣在-198℃。”在這樣的溫度下，任何材料實際上都會惡化。"在這樣的溫度下，實際上每一種材料都會變得很脆，"研究人員說。
在弗勞恩霍夫制造技術(shù)和應(yīng)用材料研究所（IFAM）等機構(gòu)的幫助下，奧格斯堡和不來梅的火箭開發(fā)者顯然已經(jīng)成功地克服了這一挑戰(zhàn)。然而， 研究人員不愿提供詳細信息："歸根結(jié)底，這是一個用于粘合碳纖維網(wǎng)的樹脂問題"。
接下來的幾個月的測試將顯示該材料是否達到了迄今為止信用卡大小的樣品所做出的承諾。初，體積為30升至40升的 "瓶子"已經(jīng)被纏繞和測試?，F(xiàn)在，參與項目的工作人員正在一步步接近以后在儲罐建造中所需要的尺寸。他們目前正在積累生產(chǎn)直徑為2.00米的儲罐的經(jīng)驗。Phoebus項目的終目標是生產(chǎn)一個直徑為3.50米的示范器。研究人員說："這相當于未來氧氣罐的直徑，并接近于氫氣罐的直徑。"
當演示器通過所有測試后，真正的挑戰(zhàn)才開始。只有到那時，開發(fā)商才希望將氫氣罐的制造產(chǎn)業(yè)化，并生產(chǎn)直徑為5.40米的全尺寸氫氣罐。航天工程師不想早早地投入到這個層面，這有一個務(wù)實的背景：所有Phoebus組件都要在位于Lampoldshausen的德國宇航中心的火箭試驗臺上進行全面的系列測試。研究人員解釋說："這就是為什么我們初將自己限制在可以在奧格斯堡、不來梅和蘭波德豪森之間輕松運輸?shù)牟考稀?quot;
基礎(chǔ)開發(fā)將在2023年底前完成。屆時，不來梅的專家們也希望能澄清剩余的未決問題。正如目前阿麗亞娜5號的末級和新的阿麗亞娜6號的末級一樣，仍然是經(jīng)典的金屬結(jié)構(gòu)，"黑色末級"也將承擔有效載荷的重量，并引導其進入火箭的結(jié)構(gòu)。在這里，碳也是設(shè)計師的選材料。除了由纖維復(fù)合材料制成的主支架外，由蜂窩狀結(jié)構(gòu)組成的末級包層將承擔載荷。
這些單個元素的細節(jié)是什么，以及它們?nèi)绾蜗嗷プ饔茫瑢⑹?025年開始的第二個項目階段的主題。三年后，黑色末級的系列生產(chǎn)就可以開始了。"在此之前，我們肯定會面臨許多挑戰(zhàn)，"研究人員深信不疑，"但考慮到好處，這種努力絕對是值得的。"
