La comunidad espacial europea está entrando de forma cada vez más ambiciosa en la era de las estructuras de materiales compuestos, y uno de los proyectos más intrigantes en esta dirección es Phoebus, una iniciativa de desarrollo cuyo objetivo es demostrar que los tanques metálicos clásicos de combustibles criogénicos en la etapa superior del cohete Ariane 6 pueden ser reemplazados por tanques más ligeros, eficientes y seguros de polímeros reforzados con fibra de carbono (CFRP). En el centro de la fase actual del trabajo se encuentra el tanque para hidrógeno líquido (LH2), extremadamente exigente porque requiere una temperatura ultra baja de −253 °C y una hermeticidad absoluta. Para el consorcio industrial liderado por ArianeGroup y MT Aerospace, se trata de un avance tecnológico que podría aportar un ahorro significativo de masa y una mayor flexibilidad en la planificación de misiones para los futuros lanzamientos europeos.
Por qué reemplazar el metal con composite: la lógica de una etapa superior más ligera
Los tanques clásicos de aluminio o metal tienen un largo legado de fiabilidad, pero "pagan" un alto precio en términos de masa. Cada kilogramo menos en la estructura de la etapa superior se traduce en kilogramos de carga útil adicional o en la capacidad de realizar maniobras más enérgicas en órbita. Los materiales compuestos, en este caso laminados con fibras de carbono, permiten una alta resistencia con una masa significativamente menor, y además se pueden diseñar de manera que la resistencia y la elasticidad estén "incorporadas" exactamente donde la carga es mayor. En el contexto de la etapa superior del Ariane 6, esto significa ganancias potencialmente múltiples: mayor capacidad de carga, mayor "delta-v" operativo y una reducción de los costos de la misión debido a un uso más eficiente del combustible.
El frío que cambia las reglas del juego: lo que el hidrógeno líquido exige de un tanque
El hidrógeno es la molécula más pequeña y móvil de la naturaleza. Para estar en estado líquido, debe enfriarse a −253 °C, solo veinte grados por encima del cero absoluto. A estas temperaturas, muchos materiales pierden su tenacidad, se vuelven frágiles y susceptibles a microfisuras. En el mundo de los composites, esto es especialmente desafiante porque la matriz (polímero) y las fibras (carbono) se "comportan" de manera diferente al contraerse y expandirse debido al gradiente térmico. Cada interfaz entre las capas del laminado CT debe permanecer estable, y el sistema solo puede permitir fugas de cantidades insignificantes, prácticamente inconmensurables, de gas; de lo contrario, se trata de una fuga inadmisible para un sistema espacial. Una especificidad adicional del hidrógeno es su tendencia a difundirse a través de defectos microscópicos, por lo que la hermeticidad es tan crucial como la resistencia.
De la "botella" de 60 l al tanque de 2 m de diámetro: cómo crece Phoebus
La filosofía de ingeniería del consorcio es ir paso a paso. La primera prueba de viabilidad se logró con demostradores de un volumen de aproximadamente 60 litros: pequeños tanques "botella" demostraron que la estructura de composite puede contener hidrógeno líquido sin fugas medibles y sin una degradación que comprometa la seguridad. Después de estas pruebas exitosas, lógicamente siguió un aumento de escala, hacia un tanque de aproximadamente 2 metros de diámetro y un volumen cercano a los 2600 litros, que por su geometría y cargas se acerca más a las necesidades reales de la etapa superior. Con esto, se pasa del dominio de laboratorio y prototipo a un régimen de pruebas industrialmente relevante, donde la tecnología debe demostrar que es robusta para procesos de ciclos múltiples de frío-calor y presión-descompresión.
Septiembre–diciembre de 2025: meses clave en la producción del gran tanque de LH2
El revestimiento interior (inner liner) y el cuerpo de presión básico del nuevo tanque se fabrican en las instalaciones de MT Aerospace en Augsburgo, donde en septiembre de 2025 se concluyó una serie de pasos iniciales de producción, incluyendo la preparación del núcleo y la colocación de las primeras capas de laminado. La finalización prevista de la producción es en diciembre de 2025, tras lo cual seguirá la integración de sensores y la fabricación del equipo de prueba correspondiente. En el enfoque de producción llamado "near-net-shape", el composite se deposita con precisión siguiendo las trayectorias de fibra diseñadas (fiber placement) para aprovechar al máximo la resistencia anisotrópica del material. De esta manera, se logran paredes de tanque delgadas pero extremadamente resistentes que deben soportar ciclos de presión y choque criogénico.
Dónde se probará y por qué precisamente allí
ArianeGroup asume la responsabilidad de las pruebas en una instalación especializada en Trauen, en la Baja Sajonia. Se trata de una ubicación que ya tiene una larga tradición de trabajo con líquidos criogénicos y procedimientos de prueba de alto riesgo. El hidrógeno, aunque subenfriado, sigue siendo inflamable en un amplio rango de concentraciones en el aire, por lo que los protocolos de seguridad –desde la ventilación y detección hasta el venteo controlado y las zonas contra incendios– son inflexiblemente estrictos. Los trabajos en el nuevo sitio de pruebas comenzaron en febrero de 2025, el diseño preliminar se confirmó en junio, y la revisión crítica del proyecto para fines de 2025 debería abrir el camino para las obras de construcción y la integración final del equipo.
Campaña de primavera de 2026: frío, bajo presión, hasta el borde de la fractura
La campaña de pruebas está prevista para abril de 2026, con una filosofía clara de "aumentar la carga en pasos controlados". El tanque se llenará con hidrógeno líquido, se enfriará a la temperatura de trabajo y se presurizará hasta puntos intermedios definidos, y después de cada carga seguirá una pausa para la recopilación y el análisis profundo de los datos. El objetivo final es identificar los umbrales de comportamiento, desde las primeras micro-irregularidades hasta los fenómenos que señalan la aproximación a los estados límite. La prueba se detendrá antes de la fractura total, pero lo suficientemente cerca como para que los modeladores y analistas estructurales puedan validar las simulaciones numéricas que predicen dónde y por qué surgen los primeros "gérmenes" de fisuras.
Instrumentación: cómo "escuchar" al tanque mientras respira
En todas las fases de la prueba se integra un denso conjunto de sensores. En la piel del tanque se adhiere una red de extensómetros de precisión para medir las deformaciones locales en las fibras y la matriz, mientras que la disposición interna incluye termopares criogénicos y sensores de presión de alta sensibilidad. Sistemas especialmente diseñados para la detección de fugas, adaptados a temperaturas cercanas al cero absoluto, miden flujos de hidrógeno extremadamente pequeños, comparables a una "niebla molecular". Un sistema multicanal de adquisición de datos trabaja con una alta frecuencia de muestreo para observar los transitorios durante el llenado y el vaciado, y los datos se sincronizan con las condiciones externas y las secuencias de las válvulas.
De la medición al modelo: gemelos digitales para criotanques de composite
El gemelo digital del tanque –un modelo numérico que se "alimenta" constantemente con datos de las pruebas– es una herramienta clave para acelerar el desarrollo. La validación del modelo permite estimaciones más fiables de la vida útil y el comportamiento en situaciones no nominales (salto térmico brusco, llenado parcial, carga dinámica durante el vuelo). Dado que el composite es anisotrópico y el hidrógeno es extremadamente difusivo, la predicción de los primeros micro-defectos depende de una combinación de la mecánica de la fractura en composites y los modelos termodinámicos de permeabilidad. Con un modelo correctamente calibrado, cada iteración posterior de la construcción puede realizarse más rápidamente y con un menor número de prototipos físicos.
El papel del programa FLPP y la mirada hacia ICARUS
Phoebus forma parte del programa de la ESA Future Launchers Preparatory Programme (FLPP), cuya misión es reducir el riesgo tecnológico y preparar la base industrial para la próxima generación de cohetes portadores europeos. En este contexto, también se menciona el concepto llamado ICARUS (Innovative Carbon Ariane Upper Stage), una visión de una etapa superior "negra" de composite, donde los tanques, las estructuras internas y el aislamiento térmico formarían un todo coherente. El efecto en el rendimiento sería múltiple: desde el alivio de la masa seca hasta la consecución más fácil de múltiples encendidos del motor, inyecciones precisas en la órbita objetivo y la posibilidad de perfiles de misión complejos.
Límites tecnológicos: linerless o con revestimiento, compatibilidad con LOX y hidrógeno
Mientras que Phoebus en su fase actual se centra en el hidrógeno, en paralelo se están desarrollando soluciones para el oxígeno líquido (LOX), que se almacena a unos −180 °C y es químicamente reactivo, pudiendo ser corrosivo para ciertos polímeros. El dilema "linerless" (sin revestimiento interno) frente a "con liner" (por ejemplo, una fina película polimérica o metálica) no es solo una cuestión de masa, sino también de fiabilidad a largo plazo: los revestimientos pueden reducir la permeabilidad y proteger la matriz, pero introducen interfaces adicionales y posibles fuentes de tensión. El enfoque linerless reduce la complejidad y la masa, pero impone requisitos más estrictos a la resistencia química y criogénica de la propia matriz y de los recubrimientos que sellan los microporos.
Qué significa "sin fugas" en el mundo del hidrógeno líquido
A diferencia del metano líquido o el queroseno, donde los estándares de fuga son relativamente más tolerantes, el hidrógeno requiere una hermeticidad casi ideal. En la práctica, esto significa que los métodos de medición deben detectar flujos del orden de magnitud que están justo por encima del fondo físico. Los instrumentos de prueba clásicos no pueden simplemente "bajar" a −253 °C sin una degradación de la sensibilidad, por lo que se han desarrollado sondas especialmente calibradas, líneas criogénicas y procedimientos que permiten una medición estable y repetible. Tal avance metrológico no es secundario, sino una parte estructural del proyecto: sin una medición fiable, no se puede demostrar ni la hermeticidad ni la funcionalidad a largo plazo.
La seguridad por encima de todo: protocolos de manejo del hidrógeno
Los tanques se prueban siguiendo procedimientos estrictos: múltiples niveles de ventilación, detección de gas con redundancia, inertización del entorno donde sea necesario, y un programa definido de "venteo" para evitar la acumulación de una mezcla con oxígeno. Los sistemas de puesta a tierra y el control de la electricidad estática son estándar en cada conexión y desconexión de las líneas criogénicas. El personal recibe formación especializada, y los escenarios de emergencia (desde la pérdida de energía hasta un cambio brusco de presión) se elaboran en detalle, con árboles de decisión claramente definidos.
Red industrial y centros de excelencia
La tecnología de sistemas criogénicos en Europa se apoya en una serie de ubicaciones y competencias especializadas: desde las instalaciones de diseño y prueba en Francia, pasando por los centros alemanes en Bremen, Ottobrunn y Trauen, hasta las plantas de producción en Augsburgo. Esta red permite que las iteraciones de desarrollo se realicen rápidamente: mientras en un centro se completa el bobinado de fibras y el curado de la matriz en autoclave, en otro se prepara la instrumentación y se simula la campaña de pruebas, y un tercero valida los modelos basándose en los datos del ciclo de pruebas anterior.
Qué cambios trae Phoebus a las misiones: de constelaciones a sondas científicas
El ahorro de masa en la etapa superior abre una serie de posibilidades en el mercado de satélites comerciales, así como en misiones científicas. Los operadores de constelaciones obtienen una mayor flexibilidad en la distribución de satélites por los planos orbitales, y las misiones científicas, especialmente las interplanetarias, se benefician del presupuesto adicional de "delta-v" que permite seguimientos gravitacionales más precisos, correcciones de inyección más complejas o la prolongación de la duración de la misión. En un mundo donde cada metro por segundo es significativo, una etapa superior más ligera puede ser el factor decisivo en la competencia por las exigentes ventanas interplanetarias.
Desafíos pendientes: fatiga cíclica y larga permanencia en la rampa
La etapa superior no vive solo en condiciones ideales. Durante la preparación del lanzamiento, puede permanecer durante horas o más en la rampa con una carga criogénica total o parcial. Esto significa una exposición prolongada a gradientes térmicos, viento y vibraciones, así como múltiples ciclos de llenado y vaciado. La piel de composite debe permanecer estable; las transiciones alrededor de las conexiones, fijaciones e interfaces con el aislamiento no deben generar concentraciones de tensión localizadas. Por eso, en Phoebus se pone énfasis en pruebas cíclicas repetibles y en la medición del ruido antes de que se "represente" el extremo: una fractura cercana, pero por debajo de la destrucción total.
Aprendiendo de los "pequeños" demostradores: por qué los prototipos de 60 l son cruciales
Aunque son en miniatura en comparación con los tanques de vuelo, las "botellas" de 60 l fueron un laboratorio para decisiones clave: la elección de una matriz resistente a temperaturas criogénicas, la estrategia de colocación de fibras alrededor de las direcciones polares y meridianas, la optimización de las transiciones alrededor de las conexiones y válvulas, y la formulación de recubrimientos superficiales que sellan los microporos. Este trabajo permitió tomar decisiones más rápidas para el tanque más grande de ~2600 l, reduciendo el número de iteraciones costosas a mayor escala y acortando el tiempo total hasta las pruebas en un entorno realista.
Aislamiento, escudo térmico y gestión de la evaporación
Las misiones criogénicas siempre pierden parte del líquido a través de la evaporación (boil-off). En el caso del hidrógeno, cuyo calor latente es alto, cualquier reducción del flujo de calor a través de la pared y las uniones ahorra directamente combustible. El tanque de composite se combina con sistemas avanzados de aislamiento (aislamiento multicapa MLI, sustratos de aerogel, recubrimientos selectivos de baja emisividad), y los puentes térmicos hacia las estructuras de la etapa superior se minimizan con la geometría y los materiales de las bridas. La gestión de la evaporación también incluye un venteo inteligente: el hidrógeno que se forma por evaporación puede acumularse temporalmente y eliminarse con pérdidas mínimas y máxima seguridad.
Del banco de pruebas a la rampa de lanzamiento: lo que precede al vuelo
Incluso si las pruebas en Trauen demuestran todo lo que los modelos predicen, sigue toda una serie de pasos de "calificación": prueba de resistencia a cargas estáticas y dinámicas, compatibilidad con el oxígeno líquido (para el tanque de LOX paralelo), pruebas de integración con tuberías, válvulas y sensores de la etapa superior, y la validación de los procedimientos de llenado y vaciado en tierra. En todo esto, la documentación y el rastro de datos son cruciales: una serie robusta de mediciones de todos los regímenes de operación que permitan a los organismos de seguridad y las comisiones de certificación dar luz verde para la configuración de vuelo.
La economía de la masa: qué significan "un par de toneladas de ahorro" en cifras reales
La reducción de la masa seca de la etapa superior en varias toneladas se traduce en una mayor carga útil o directamente en una extensión de la "ventana de trabajo" para misiones que requieren una dinámica orbital compleja. En lanzamientos a GTO o MEO, esto puede significar decenas de kilogramos adicionales de carga útil; en misiones hacia los puntos de Lagrange o con destinos en el espacio profundo, el valor del "delta-v" obtenido es a menudo aún más valioso. Para los operadores, esto es una ventaja competitiva que se mide en contratos.
Cultura de pruebas: por qué "detenerse antes de la fractura" es una estrategia inteligente
Una fractura total proporciona un video dramático, pero menos datos útiles para la calibración del modelo. Precisamente por eso, el plan es llevar gradualmente el tanque al límite de la fragilidad, y luego "alejarlo" para verificar posibles consecuencias permanentes y comparar las curvas de tensión-deformación con las predicciones. Este enfoque proporciona más secciones transversales del comportamiento del material, ilumina mejor los fenómenos de transición y ayuda a decidir dónde vale la pena añadir una capa de laminado y dónde el material es innecesariamente masivo.
Qué significa el éxito para la autonomía europea en el espacio
Phoebus no es solo "otro" proyecto tecnológico. Es un indicador de la maduración de un ecosistema industrial que puede iterar, validar e introducir rápidamente materiales avanzados en sistemas de vuelo. Si los criotanques de composite demuestran una fiabilidad total, se abre el camino hacia estructuras de composite de mayor alcance: secciones intertanque, anillos, soportes y paredes secundarias. La sinergia con otras industrias –la aviación y la energía del hidrógeno– aumenta aún más el retorno de la inversión social, ya que el conocimiento se transfiere a la descarbonización del transporte y el almacenamiento de energía.
Plazos y estado real al 17 de octubre de 2025
A fecha de hoy, se han completado los pasos iniciales clave en la producción del gran tanque de hidrógeno en Augsburgo, y se espera la finalización de la fabricación para finales de diciembre de 2025. Paralelamente, en Trauen se está cerrando el diseño de la infraestructura de pruebas con una revisión crítica prevista para fin de año, un paso necesario para que las obras de construcción e instalación entren en la fase final antes de la campaña de pruebas en abril de 2026. Este calendario de trabajo está sincronizado con el ritmo de adquisición de sensores, la calibración de la metrología y la validación del software de adquisición de datos.
Detalles técnicos de la "piel" de composite: orientaciones de las fibras y transiciones
Los diseñadores distribuyen las orientaciones de las fibras en capas de modo que las secciones principales asuman la tensión circunferencial (hoop) y longitudinal (meridiana). Los lugares alrededor de las conexiones de llenado/vaciado e instrumentación se refuerzan con capas de "parches" locales que evitan las concentraciones de tensión. Los bordes de las cúpulas (dome) y la envoltura cilíndrica se moldean para que las fuerzas se distribuyan suavemente, sin cambios bruscos de rigidez. Cada transición va acompañada de un análisis detallado de la mecánica de la fractura, y también se realiza un control NDT (ultrasonido, termografía) para confirmar la homogeneidad y la ausencia de delaminaciones.
Compatibilidad con el oxígeno: la otra rama de Phoebus
Aunque este artículo se centra en el tanque de hidrógeno, en segundo plano también se está trabajando en el tanque de oxígeno líquido. El oxígeno, además de ser criogénico, es químicamente exigente: ciertos polímeros y aditivos no son aceptables porque pueden reaccionar o degradarse al contacto. Por lo tanto, las pruebas de materiales se realizan en condiciones que simulan volúmenes cerrados con LOX líquido y vapores de oxígeno, con cargas mecánicas que corresponden al perfil de presión real. El éxito del tanque de LOX es igualmente importante para que la arquitectura completa de composite de la etapa superior sea factible.
Cómo se mide el progreso: de puntos "go/no-go" a la escala TRL
El programa define claros puntos "hito": la finalización de la producción del cuerpo de presión principal, la finalización de la integración de sensores, un "shakedown" en frío sin hidrógeno, y luego los ciclos criogénicos completos con hidrógeno. Cada punto conlleva una decisión de "go/no-go" para la siguiente fase. Paralelamente, se supervisa el Nivel de Madurez Tecnológica (Technology Readiness Level – TRL) para trazar cuán cerca está la tecnología de un entorno operativo. El objetivo es alcanzar un nivel en el que se pueda iniciar la industrialización, no solo la construcción de un demostrador, sino un plan de producción repetible con control de calidad y rendimientos repetibles.
Contexto más amplio: Europa, asociaciones y futuras naves espaciales
El progreso en los tanques de composite se enmarca en un giro europeo más amplio hacia sistemas más ligeros y eficientes. La nueva generación de propulsores, desde motores de metano reutilizables hasta post-inyecciones eléctricas, requiere estructuras que no "penalicen" el rendimiento. Los criotanques de composite para hidrógeno y oxígeno son una buena base también para futuras configuraciones que consideren el uso del hidrógeno fuera de los sistemas de cohetes, por ejemplo, en la aviación o el transporte terrestre, donde la experiencia adquirida en la industria espacial ayuda a resolver cuestiones de hermeticidad, aislamiento y seguridad en el manejo.
Qué sigue después de abril de 2026: el camino hacia el estado de vuelo
Los resultados de la campaña de primavera servirán para el "ajuste" final del diseño. Si se confirma que los umbrales de aparición de microfisuras son predecibles y están bajo control, el enfoque se desplazará hacia la calificación para el uso en vuelo: pruebas de vibraciones y cargas acústicas, resistencia al impacto (por ejemplo, caída de hielo), integración con los conjuntos de válvulas y tuberías y sistemas de supervisión. En este paso, la industrialización sale del laboratorio: se introducen tolerancias de producción, se estandarizan los procedimientos de autoclave, y el control de calidad abarca la verificación estadística de cada "lote" de preimpregnados y resinas.
Por qué la historia de Phoebus es importante hoy
El 17 de octubre de 2025, Europa se encuentra en una fase de aprendizaje y confirmación que influirá fuertemente en cómo serán los lanzamientos de la próxima década. Las respuestas que lleguen de Trauen y Augsburgo –cuán resistente es el tanque, cuán estable, cómo "respira" en la dinámica del lanzamiento– trazan el mapa de decisiones para las próximas generaciones de etapas superiores. Este proyecto no es solo una curiosidad tecnológica, sino también una apuesta estratégica por la competitividad y la autonomía de las capacidades de lanzamiento europeas.
Términos y contextos relacionados
- Programa FLPP – el marco del que surgió el desarrollo de tanques de composite y otras tecnologías de etapas superiores.
- Ariane 6 – el cohete portador cuya etapa superior obtiene nuevas capacidades gracias a tanques más ligeros.
- ArianeGroup – el contratista principal industrial de las pruebas y la integración de los sistemas de tanques criogénicos.
- MT Aerospace – el fabricante del cuerpo de presión de composite y de los elementos clave del tanque en Augsburgo.
Qué más seguir hasta finales de 2025
Para fin de año se espera la revisión crítica del diseño para la infraestructura de pruebas en Trauen y el cierre de la producción del primer gran tanque de LH2. También están en juego validaciones adicionales: pruebas secundarias en frío sin hidrógeno para verificar los mapas de deformación, calibraciones de los extensómetros en régimen criogénico y la verificación de la respuesta de las válvulas a bajas temperaturas. Estos pasos preparan el terreno para las pruebas de primavera de 2026, cuando el tanque se "encontrará" con el medio de trabajo real –el hidrógeno líquido– y cuando la instrumentación proporcionará una imagen completa del comportamiento de la estructura a temperaturas cercanas al cero absoluto.