Prezentare detaliata

La ora actuala, intreaga industrie prezinta "sindromul usurarii", impunand generarea de materiale mai usoare, vehicule mai usoare, consumuri energetice mai mici, confort sporit, poluare redusa, satisfactii depline, materialele compozite raspund perfect acestor cautari. De asemenea, competitivitatea economico-industriala a viitorului umanitatii cere obtinerea de bunuri si produse noi, cu parametri tehnici superiori, la care caracteristicile deosebit de complexe geometrico-functionale se combina cu exploatarea completa a proprietatilor materialelor. Materialele compozite raspund acestor cautari. Domeniul materialelor compozite este considerat drept unul de inovare tehnologica, interdisciplinar, intre metalurgie, chimia polimerilor, metalurgia pulberilor, etc, cresterea continua a consumului unor astfel de materiale, in a doua jum?tate a secolului XX inregistrand o evolutie spectaculoasa fata de materialele clasice. Beneficiile materialelor compozite sunt deja bine cunoscute. Realizarea de materiale compozite in ultimul secol s-a impus pe baza a numeroase considerente tehnice si economice, intre care amintim: necesitatea realizarii unor materiale cu proprietati deosebite (greutate mai mica, o mai mare rezistenta si mai mare rigiditate, imposibil de atins cu materialele traditionale; necesitatea cresterii sigurantei si a fiabilitatii in exploatare a diferitelor constructii, echipamente sau instalatii; necesitatea reducerii consumurilor de materiale deficitare, scumpe sau pretioase; posibilitatea reducerii consumurilor de manopera si a reducerii duratelor tehnologice de fabricatie. Din cele trei clase de materiale compozite, cele cu matrice polimerica sunt cele mai usoare comparativ cu CMC (matrice ceramica) sau CMM (matrice metalica), asigurand o scadere a greutatii si o rezistenta mecanica, rigiditate importanta pentru structurile in care sunt integrate. In industria spatiala sunt numeroase cerinte riguroase impuse designului structurilor navelor spatiale (sateliti). Acestea din urma trebuie sa fie usoare, pentru a permite cresterea sarcinii utile admisibile in interiorul acestora. In acelasi timp trebuie sa fie suficient de rigide, pentru a mentine alinierea cu precizie a instrumentelor de masurare/control, in conditiile severe pe orbita in spatiu. Incarcarea la lansare dicteaza in general cerintele de rezistenta mecanica care sunt in general superioare celor necesare pentru operarea pe orbita. Primele date privind introducerea compozitele cu matrice polimerica in structurile mari ale navetelor spatiale, sunt legate de naveta spatiala canadiana, Anik B (1972), care a integrat in structura acestuia, pentru prima data acest tip materiale compozite, mai exact grafit/epoxi pentru structura antenei satelitului. Costul de lansare al unui obiect pe o orbita joasa (LEO), a fost estimat aproximativ la 20 000$/kg. Din acest considerent greutatea este un parametru critic care este controlat atent in etapa de design a sistemelor si structurilor spatiale (subsistemelor satelitilor). Reducerea greutatii subsistemelor suport permite obtinerea unei cantitati mai mari de combustibil sau o sarcina utila suplimentara, care se traduce intr-un numar mai mare de transpondere (aparate radio destinate a raspunde unei impulsii radar) in satelitii de comunicatii si poate in aperturi sau senzori mai mari pentru satelitii de supraveghere. Structura primara a unui satelit reprezinta 10-20% din masa sa totala (uscata), neluand in considerare statia de combustibil sau structuri secundare cum ar fi antenele, suportii panourilor solare si cutiile componentelor din interiorul satelitului. Introducerea materialelor compozite in spatiu ofera o solutie pentru acest aspect: reducerea greutatii. Performantele (intrinseci) ale acestor materiale sunt bine cunoscute, incluzand pe langa greutate scazuta: rezistenta specifica (rezistenta mecanica/unitate de masa) si rigiditate ridicate, rezistenta la coroziune si oboseala, conductivitate termica, electrica care pot fi croite, coefficient de dilatare termica controlabil si posibilitatea de fabricare de structuri complexe.

Proiectul isi propune dezvoltarea, testarea si evaluarea unor sisteme de acoperiri de suprafata (metalice) pentru structurile spatiale din materiale compozite avansate, urmarindu-se obtinerea unor structuri mai rezistente, rigide, usoare, integrand solutii tehnologice (ranforsari, dopare a matricei si acoperiri de suprafata speciale) capabile sa furnizeze conductivitate termica, rezistenta la radiatii, la atac cu atomi de oxigen, la impact si ecranare electromagnetica, printr dezvoltarea unui design structural optimizat, comparativ cu structurile realizate din materiale traditionale (metalice). Activitatile proiectului sunt realizate in parteneriat (intre un institut de cercetare si un agent economic) si se vor focusa pe functionalitatea solutiilor pentru sistemele de materiale avansate propuse si nu pe aspectele de design si proiectare a structurilor vizate ca aplicatie (exemplue: structurile mecanice care gazduiesc electronica intr-un microstelit). Rezultatul proiectului in urma realizarii obiectivelor propuse, va consta intr- un model experimental: structura spatiala din materiale compozite avansate tip CFRP integrand un sistem de acoperiri de suprafata (metalice) performant si care raspunde cerintelor critice de functionare in spatiu pe orbita joasa (LEO- Low Earth Orbit, altitudine < 2 000 km).

Obiectivul general al proiectului "Sisteme avansate de acoperiri metalice pentru structuri compozite pentru Aplicatii Spatiale" se concretizeaza in dezvoltarea, testarea si evaluarea unor structuri spatiale din materiale compozite avansate integrand sisteme de acoperiri metalice de suprafata speciale, si care prezinta rezistenta mecanica si rigiditate superioare referintelor metalice, sunt mai usoare, si raspund cerintelor privind stabilitatea dimensionala, conductivitatea termica, rezistenta la radiatii, la atac cu atomi de oxigen, la impact si la ecranare electromagnetica, printr adoptarea unor solutii tehnologice adecvate si a unui design structural optimizat. Activitatile proiectului sunt focusate pe functionalitatea solutiilor pentru sistemele de materiale avansate propuse si nu pe aspectele de design si proiectare a structurilor vizate ca aplicatie, cum sunt structurile mecanice care gazduiesc electronica intr-un microstelit. Rezultatul proiectului va consta intr-un model experimental al stucturii spatiale din materiale compozite avansate cu acoperiri metalice care raspunde cerintelor critice de functionare in spatiu (mediul LEO-pe orbita joasa). Acesta din urma va fi supus unei vaste campanii de testare experimentala, in conditii corespunzatoare, care se apropie sau simuleaza conditiile critice de functionare intalnite in spatiu (mediul LEO). Activitatile si obiectivele proiectului sunt sustinute indubitabil de evolutia in domeniul spatial care indica o crestere spectaculoasa a utilizarii materialelor compozite in realizarea structurilor vehiculelor spatiale (incluzand nano-micro-macro sateliti), in care marimea nu are importanta dar masa este un factor critic. Factorul critic care dirijeaza designul si proiectarea structurilor spatiale este in concluzie raportul rigiditate-masa al sistemului. Pentru lansare si invingerea gravitatiei pamantului, satelitul, care gazduieste o sarcina utila importanta, necesita un consum fenomenal de energie, de aceea fiecare gram in minus al structurii vehiculului spatial lansat sau al incarcaturii (sarcinii utile) se traduce in costuri globale mai mici. Sistemele de acoperiri dezvoltate in cadrul proiectului care tintesc in special compatibilitatea cu substratul (materialele compozite avansate dezvoltate) prin utilizarea unor tehnologii, materiale si procese asociate adecvate, vor conduce la cresterea performantelor structurilor spatiale din compozit din punct de vedere al rezistentei la mediul de pe orbita joasa, LEO, vizata de proiect.
Prin natura proiectului creste competitivitatea CD prin existenta unui consortiu puternic intre cele doua entitati, una de cercetare: coordonator INCDT COMOTI si cea de-a doua agent economic: Partener 1 SC Plasma JET SRL, ce deruleaza activitati de cercetare-dezvoltare, proiectare structuri, materiale compozite, sisteme de acopriri, tehnologii si procese asociate, si fabricatie structuri, consortiu ce va avea ca rezultat final dezvoltarea unui produs inovativ: o structura spatiala din materiale compozite avansate integrand sisteme de acoperiri metalice de suprafata speciale (un exemplu fiind cutia care gazduieste electronica intr-un microstelit), rezistenta, mai usoara decat referinta metalica, rezistenta la ciclurile termice in timpul functionarii si care raspunde cerintelor privind stabilitatea dimensionala, conductivitatea termo-electrica, protectia contra radiatiilor impuse unor astfel de structuri.
Rezultatele proiectului vor contribui cert la rezolvarea unei probleme complexe, aceea a raportului rigiditate-masa din interiorul navelor spatiale (in cazul de fata micro-satelitilor), a rezistentei din punct de vedere termic, electric si al radiatiilor. Practic ulterior dezvoltarii noii structuri spatiale si in urma campaniei de teste, se va putea realiza o comparatie pertinenta intre performantele acesteia si structura metalica luata ca referinta. Prin dezvoltarea acestei structuri spatiale din materiale compozite avansate integrand sisteme de acoperiri metalice de suprafata speciale (modelul experimental) se vizeaza o scadere de pana la 30% a masei structurii (comparativ cu referinta metalica), stabilitate dimensionala in timpul functionarii, performante mecanice mari (rigiditate si rezistenta mecanica superioara celei din aluminiu), rezistente termice, electrice si la radiatii ridicate, proces/tehnologie de fabricatie simplificate. Obiectivele masurabile ale proiectului sunt in concordanta cu obiectivele programului STAR privitor la proiectele CDI. Obiectivele specifice ale proiectului sunt in conformitate cu obiectivele si prioritatile programului, prin aceea ca:

• proiectul permite identificarea de nise de cercetare, tehnologice la nivel national, cu aplicatie atat in domeniul spatial cat si aeronautic, prin realizarea ciclului complet de fabricatie a unor structuri spatiale din materiale compozite avansate integrand sisteme de acoperiri metalice de suprafata speciale, pana in faza de model experimental;
• activitatile proiectului ADCOTMAT se incadreaza indubitabil in obiectivele programele optionale ESA iar activitatile de cercetare si dezvoltare tehnologica de mare complexitate, includ cercetare de baza (fundamentala) si aplicativa, si sunt desfasurate in cadrul unui consortiu reprezentativ la nivel national pentru domeniul materialelor compozite si sitemelor de acoperiri de suprafata.

In acest sens, obiectivele proiectului sunt realizate de un consortiu format din doua entitati una de cercetare si cealalta agent economic, care pot asigura competenta stiintifico-tehnica de referinta in domeniul vizat, cel al materialelor compozite si sistemelor de acoperiri de suprafta. Rezultatele proiectului au o mare importanta pentru membrii consortiului, atat datorita valorii stiintifice dar mai ales pentru ca acestea conduc la cresterea competitivitatii economice a partenerului economic si a expertizei in domeniul spatiului a ambilor parteneri implicati in proiect.

 Obiectivele specifice/tehnice

Obiectivele specifice ale parteneriatului se concretizeaza in consecinta prin dezvoltarea, testarea si evaluarea unor sisteme de structuri mecanice din compozit cu acoperiri de suprafata din materiale avansate, rezistente, rigide, usoare, integrand solutii tehnologice (ranforsari, dopare a matricei si acoperiri de suprafata speciale) capabile sa furnizeze conductivitate termica, rezistenta la radiatii, atac cu atomi de oxigen, impact si ecranare electromagnetica, printr-un design structural optimizat. Activitatile proiectului se vor focusa pe functionalitatea solutiilor pentru sistemele de materiale avansate propuse si nu pe aspectele de design si proiectare a structurilor vizate ca aplicatie, cum sunt structurile mecanice care gazduiesc electronica intr-un microsatelit.

CO – INSTITUTUL NATIONAL DE CERCETARE – DEZVOLTARE TURBOMOTOARE – COMOTI BUCURESTI, www.comoti.ro

P1 – PlasmaJet S.R.L., www.plasmajet.ro