欧洲Phoebus项目低温推进剂液氧贮箱技术取得新进展

Ariane 6火箭以液氧和液氢为核心推进剂。由于这两种推进剂性质差异显著，Phoebus项目团队基于同一碳纤维技术框架，分别开发了两种版本的贮箱。

火箭重量的减轻意味着可以装载更多燃料，从而将更重的载荷送入轨道及更远的地方。碳纤维增强塑料（CFRP）作为一种使用超强碳纤维对粘合树脂进行增强得到的复合材料，是减少火箭质量，增加其可携带有效载荷质量的好方法。

传统金属贮箱需要金属衬里来确保在低温下不发生泄漏。而Phoebus项目采用的无内衬碳纤维增强塑料结构，省去了这一部分，既减轻了重量，又简化了结构。

液氧必须在-183°C的极低温环境下储存，具有高反应性与腐蚀性。Phoebus项目通过小型示范性贮箱验证了无内衬的碳纤维增强塑料结构可安全储存液氧，且未发生泄漏或材料反应。

02 材料创新，攻克低温腐蚀难题

碳纤维复合材料的性能高度依赖材料组合与工艺。该材料由纤维与树脂复合构成，其特性取决于纤维类别、树脂配方及铺层工艺。

Phoebus团队筛选出能够同时耐受氧腐蚀与极低温的特种树脂，并优化了碳纤维铺层方案，确保材料在极端条件下不发生破裂。

项目团队安装并测试了一种新方法，可以测量火箭在飞行过程中燃烧时燃料箱中的推进剂含量。这种方法比目前的液位传感器更精确，可以减少为弥补测量误差而需要携带的额外燃料量。

03 测试验证，从概念到现实

2019年，项目团队成功完成直径2米的液氧贮箱试验。后续多次测试均未出现意外故障，验证了该技术的可靠性。

最微妙的测试是液氧测试。由于如果出问题可能会很危险，团队在德国Unterlüß的Rheinmetall军事测试场进行了这项测试。

“Phoebus进展顺利，液氧贮箱测试取得了圆满成功，液氧贮箱完美地将其固定在一起——没有起火，没有爆炸。”项目负责人Kate Underhill表示。

04 生产制造，自动化与智能化融合

2025年7月，项目在德国奥格斯堡的MT Aerospace工厂实现了全尺寸3.5米直径贮箱的重要生产节点。目前该贮箱已进入制造工具拆除与质量检测阶段。

得益于此前积累的经验，首件全尺寸贮箱的生产过程顺利，预计将于数月后完工。该贮箱采用自动纤维铺放技术制造，通过编程控制设备精准铺设碳纤维带。

生产系统还在持续升级，目前已实现自动化质量检测，未来有望引入人工智能技术进一步优化质量控制流程。

05 项目背景，面向未来的航天运输

Phoebus项目隶属于ESA的未来发射器预备计划（FLPP），该计划致力于开发前瞻性航天运输技术，通过概念设计和技术投资降低新型航天系统研发风险。

理论上，基于Phoebus技术的上面级设计的轻量化足以为Ariane 6号火箭的有效载荷性能增加约1500公斤。这种减少源于CFRP本身固有的轻质性及其巨大的设计灵活性。

欧空局通过其未来发射器准备计划，于2022年与Ariane Group和MT Aerospace签订合同，从早期设计研究到低温上层储罐和结构的生产和测试。

Phoebus项目的突破不仅在于技术本身，更在于它为未来航天运输开辟了新的可能性。随着全尺寸贮箱即将完工，Ariane 6火箭的性能提升即将成为现实。

碳纤维复合材料贮箱的成功开发，将使得火箭上面级从铝改成碳复合材料，可能会产生额外2吨的有效载荷能力。这对于未来深空探测任务意味着更多可能性。

欧空局太空运输部主任丹尼尔·纽恩施万德指出：“这是向前迈进的一大步。我们已经发现了一种非常特殊的碳复合材料和加工方法，这将使我们能够考虑火箭上级的新架构和功能组合”。