由Blackwave公司研发的高压储罐。
（图片来源：Christoph Krenn / Blackwave）
德国一家初创企业已将业务领域拓展至全新方向——该企业最初为赛车制造碳纤维部件，如今发布了可显著提升未来太空火箭性能的超轻压力储罐。慕尼黑工业大学(TUM)新兴衍生企业Blackwave近日发布其碳纤维高压储罐产品，该产品设计可承受420巴的工作压力。这些创新储罐技术最初源于赛车部件研发，不仅可耐受强腐蚀性燃料，更能适应零下50至120摄氏度的剧烈温度波动。
位于陶夫基兴的该公司指出，这项突破性技术能在飞行过程中主燃料箱排空时维持内部压力，这对火箭设计具有关键意义。
Blackwave创始人、慕尼黑工业大学校友巴斯蒂安·贝伦斯表示，储罐是碳纤维最精妙的应用场景。"储罐承受的完全是拉伸应力——而碳纤维最卓越的特性，正是其抗拉伸能力。"
赛车技术迈向太空
贝伦斯透露，光亮的黑色碳纤维早在学生时代就深深吸引了他——当时他正为自己的摩托车制作碳纤维层压零件。正因如此，在选专业时偶然看到新成立的碳复合材料专业讲席，他毫不犹豫地做出了决定。"我一直对赛车抱有极大热情——尤其是高性能部件，"他坦言，"但我觉得飞机更酷。作为《星球大战》和《星际迷航》的忠实粉丝——我知道这组合有点特别——火箭与太空才是我追求的终极目标。"求学期间，他加入了慕尼黑工业大学学生社团TUfast，开始为该校电动赛车队研发碳纤维部件。随后通过参与多项国际赛事，他初步建立起与汽车行业的联系，这为Blackwave的早期创立奠定了根基。
在将人脉网络拓展至航空航天业后，他迅速意识到火箭部件是必然的进阶方向。同时他观察到，数十年来太空火箭储罐始终采用笨重的球形钢制设计，这坚定了他革新该领域的决心。
重新构想火箭储罐
在团队协作下，贝伦斯很快发现碳纤维能为太空火箭带来显著优势：不仅能为高压应用提供超凡强度，且与金属不同，它们不会与燃料发生化学反应。
更关键的是，相较于球形钢制储罐，瓶状碳纤维储罐更易集成至燃料系统，同时具备显著轻量化和更高灵活性的特点。
这些优势在实战中尤为重要，因为火箭的稳定性很大程度上取决于其高压储罐的内部状态。火箭被设计得极致轻量化，这意味着当主燃料储罐排空时，其结构稳定性会随之下降。
为防止这种情况，内部高压次级储罐会释放惰性气体，填补燃料耗尽后的空间，从而维持火箭的结构完整性。
"这就像一罐汽水——航空航天领域壁厚与直径的比例其实非常相似，"贝伦斯说明。只要罐内充满液体和二氧化碳，就能毫无压力地承重。"但一旦排空，其结构完整性就会瞬间瓦解，"他在新闻稿中总结道。
贝伦斯确信，超轻压力储罐将成为现代航空航天领域的焦点。他认为用碳复合材料替代钢材，不仅能实现重量的大幅削减，更能为航天工程师带来前所未有的设计自由度。
来源：Interesting Engineering