El proyecto europeo Phoebus, desarrollado conjuntamente por la Agencia Espacial Europea (ESA), ArianeGroup y MT Aerospace, entra en una nueva fase en la que la tecnología de composites se traslada del laboratorio a grandes demostradores concretos. El objetivo es ambicioso: sustituir los clásicos tanques de metal en la etapa superior del cohete Ariane 6 por tanques de plástico reforzado con fibra de carbono (CFRP), ahorrando así varias toneladas de masa, permitiendo un mayor rendimiento y reduciendo los costes por lanzamiento. Detrás del término "etapa superior negra" se esconde un desarrollo de varios años que conecta materiales, ingeniería criogénica, sistemas de seguridad y logística industrial desde Augsburgo y Bremen hasta Trauen y Lampoldshausen.

¿Por qué composites en la etapa superior?

Cada kilogramo de masa ahorrado en la etapa superior de un cohete se multiplica en la carga útil final. Las soluciones de CFRP, con la arquitectura de capas, matriz y control de producción correctos, permiten un delicado equilibrio entre resistencia, rigidez y resistencia a temperaturas extremas, todo ello con una masa significativamente menor que la de las aleaciones de aluminio o metales optimizados criogénicamente. En los sistemas de cohetes actuales ya utilizamos composites para las cofias y los grandes motores de propulsante sólido (como el P120C), pero utilizar composites como estructura principal de los tanques criogénicos es una tarea mucho más difícil. Este es precisamente el campo en el que Phoebus está elevando el listón tecnológico y el nivel de preparación (TRL) para que la futura "Black Upper Stage" pueda comercializarse realmente como sucesora de la actual etapa superior del Ariane 6.

Los extremos del hidrógeno líquido: −253 °C y una molécula que encuentra cada microfisura

El hidrógeno es la molécula más pequeña y vivaz del universo. En el cohete Ariane 6 se utiliza como combustible criogénico y se mantiene en estado líquido a unos −253 °C, apenas veinte grados por encima del cero absoluto. A estas temperaturas, la mayoría de los polímeros y composites se vuelven más frágiles, por lo que los ingenieros se enfrentan a fenómenos como microfisuras en la matriz, separación de capas (delaminación) o cambios en la permeabilidad. Además, el hidrógeno se difunde fácilmente a través de vías microscópicas, por lo que incluso los defectos mínimos pueden convertirse en canales de fuga. Por lo tanto, los diseñadores de Phoebus deben diseñar un tanque que soporte simultáneamente gradientes de temperatura extremos, cargas de presión cíclicas y tensiones mecánicas debidas a las vibraciones del lanzamiento.

De la "botella" a un tanque de 2 metros de diámetro: un camino paso a paso

Los primeros experimentos en el marco de Phoebus utilizaron pequeños demostradores de unos 60 litros, las llamadas "botellas", para demostrar que una estructura de CFRP, con la arquitectura de laminado y los procesos de post-procesado adecuados, podía contener de forma fiable hidrógeno líquido sin fugas y sin reacciones no deseadas. En estos demostradores se confirmaron los modelos de materiales fundamentales, se calibraron los parámetros para bajas temperaturas y se desarrollaron metodologías de ensayo que hasta entonces existían principalmente solo para tanques metálicos.

Después de las "botellas" sigue un importante paso adelante: la construcción de un tanque de 2 metros de diámetro, con un volumen de casi 2600 litros. A esta escala, surge toda una serie de nuevos desafíos, desde el control de tolerancias durante la colocación automatizada de fibras (AFP) y la precisión de las uniones, hasta la gestión de las tensiones residuales tras el curado y la integración de conexiones, válvulas y sensores que deben permanecer fiables a −253 °C.

Producción en Augsburgo, pruebas en Alemania: quién hace qué

MT Aerospace en Augsburgo lleva a cabo los pasos clave de la fabricación del recipiente a presión interno (pressure vessel) y sus elementos compuestos asociados. La empresa ha desarrollado capacidades para la producción de estructuras de composite y tanques de hasta 3,5 metros de diámetro, con máquinas automáticas avanzadas para la colocación de cintas y mechas y sistemas de control de calidad nativos. ArianeGroup asume la responsabilidad de las pruebas de los tanques, incluyendo el diseño y la construcción de una nueva instalación de pruebas, así como la definición de los procedimientos de prueba, los protocolos de seguridad y la arquitectura de medición. En los equipos también participan socios especializados en ingeniería criogénica y análisis, mientras que algunas verificaciones de las capacidades del sistema se confían a institutos estatales.

Cronograma de desarrollo: otoño de 2025, revisiones hasta fin de año y pruebas en la primavera de 2026

En septiembre de 2025 se completó el primer conjunto de operaciones de producción en la cámara interna del tanque de hidrógeno líquido de 2 m de diámetro. Se prevé que la fase de producción concluya en diciembre, lo que incluye las envolturas de composite finales, las bridas de conexión y la preparación para la integración de instrumentos. La revisión crítica del diseño (CDR) está prevista para finales de 2025, con el fin de confirmar todas las suposiciones de diseño clave y dar "luz verde" a las obras civiles en el lugar de pruebas y a la instalación de equipos. La campaña de pruebas con hidrógeno líquido está prevista para abril de 2026 y se llevará a cabo en el centro de pruebas de ArianeGroup en Trauen, Alemania.

Trauen como escenario criogénico: qué significa esto logísticamente

Trauen forma parte de una red alemana de plantas e instalaciones especializadas en hidrógeno: además del papel principal de ArianeGroup en Europa, la ubicación sirve como centro para el desarrollo, la cualificación y las pruebas de subsistemas, equipos y demostradores que trabajan con medios criogénicos líquidos. Para Phoebus, esto significa que en un solo lugar se integrarán los sistemas de llenado, una sociedad de tanques para gases inertes, sistemas de venteo y recuperación de gases, infraestructura resistente al fuego y zonas de perímetro de seguridad. Dado que el hidrógeno líquido, a pesar de estar a −253 °C, forma mezclas inflamables con extrema facilidad, cada operación de llenado y prueba se lleva a cabo con procedimientos rigurosos y barreras de seguridad de múltiples capas.

Cómo se "escucha" un tanque: sensores, mediciones y modelos

Para comprender el comportamiento del tanque de composite durante el llenado, la contención hermética y el vaciado a −253 °C y bajo presiones elevadas, la estructura se "salpica" de sensores. Sobre y en el laminado hay galgas extensométricas (strain gauges), redes de fibra óptica, sondas de temperatura, sensores de presión y analizadores de fugas de alta sensibilidad. Un desafío particular es medir fugas microscópicas en condiciones criogénicas: apenas existen soluciones industriales listas para usar, por lo que el equipo ha desarrollado sus propias configuraciones de prueba con fugas calibradas, medios inertes (helio) y algoritmos que separan el ruido instrumental de las señales reales. Los datos se registran en diferentes "pasos" de carga para mapear los lugares donde aparecen las microfisuras más temprano y para comparar los resultados con modelos numéricos capa por capa.

Hasta dónde llegaremos en las pruebas: hasta el punto previo a la fractura

El plan es "empujar" el tanque a través de múltiples fases, hasta el punto límite en el que comienzan a aparecer fisuras controladas, pero deteniendo la prueba antes de la fractura total. Esto proporciona información crucial sobre las reservas de resistencia, la progresión del daño y los márgenes de seguridad en relación con las cargas reales durante la preparación para el lanzamiento y en los primeros minutos de vuelo. Cada ciclo de llenado y vaciado se supervisa por telemetría, y entre los pasos se realiza un análisis detallado de los datos y una inspección de la estructura mediante métodos no destructivos (por ejemplo, ultrasonido, termografía, emisión acústica).

Un frente paralelo: tanques de oxígeno de gran diámetro

Mientras el tanque de hidrógeno avanza en su camino de desarrollo, en el marco del mismo programa también avanzan los demostradores para oxígeno líquido. Allí, el énfasis está en un enfoque sin revestimiento interno (lineless) y en la confirmación de que el CFRP puede contener LOX sin reacciones indeseables y sin fugas. En el ciclo de producción anterior, se fabricó y completó el primer tanque a escala real con un diámetro de aproximadamente 3,5 m, lo que es una fuerte señal de que las soluciones de composite en el campo criogénico están madurando también en diámetros mayores. Paralelamente, se están mejorando los procesos de colocación automática de capas y los sistemas de control de calidad en línea que reconocen anomalías y defectos ya durante la colocación de las capas.

De Phoebus a ICARUS: qué significa "etapa superior negra"

Phoebus está concebido como un demostrador tecnológico que sienta las bases para la próxima generación de la etapa superior, a menudo mencionada bajo el nombre de trabajo ICARUS (Innovative Carbon ARiane Upper Stage). El éxito de los demostradores con hidrógeno y oxígeno abriría la puerta a una etapa superior integrada con tanques de composite, sistemas criogénicos y una estructura compatible que mantenga la masa total al mínimo y la funcionalidad (autonomía, reencendido, descarga profunda) al máximo. Además, se están considerando las implicaciones en la arquitectura de las líneas de suministro, los sistemas de llenado en la rampa de lanzamiento y los estándares de mantenimiento durante el ciclo de vida operativo.

La seguridad es lo primero: gestión de riesgos con hidrógeno líquido

Aunque el hidrógeno en las pruebas se mantiene a una temperatura extremadamente baja, su capacidad para encenderse en contacto con un oxidante o una chispa exige una disciplina extrema. Las campañas de prueba se llevan a cabo con estrictas zonas de prohibición de acceso, sistemas redundantes de detección de hidrógeno, inertización automática con nitrógeno o helio, válvulas de alivio de presión rápidas y sistemas contra incendios adaptados a las condiciones criogénicas. Cada procedimiento tiene escenarios y puntos de interrupción preparados de antemano, y los equipos realizan múltiples ensayos en seco antes del primer llenado con LH₂.

El panorama industrial más amplio: de los materiales a los puestos de trabajo

El desarrollo de Phoebus no es solo una historia tecnológica: también es un programa industrial que consolida la autonomía europea en el campo de los tanques criogénicos de composite. Las inversiones en equipos, personas y procesos en Augsburgo, Bremen y en los campos de prueba alemanes fortalecen las cadenas de suministro y crean las condiciones para que Europa diseñe, produzca, pruebe y cualifique por sí misma elementos clave de las etapas superiores de los cohetes. A largo plazo, el conocimiento adquirido en el sector espacial se transfiere a la aviación (iniciativas en torno a los aviones de LH₂), la energía (tanques y tuberías para hidrógeno) y la movilidad (tanques terrestres, logística).

La tecnología de cerca: qué hace un buen tanque de CFRP para LH₂

• Arquitectura del laminado: apilamiento preciso de las orientaciones de las fibras para gestionar la anisotropía y evitar el "balanceo" de las tensiones alrededor de las aberturas y conexiones.


• Matriz y compatibilidad: un sistema de resina que a −253 °C conserva la tenacidad y la adhesión a las fibras, con una red mínima de microfisuras después del curado.

*

Métodos de producción:

colocación automatizada de fibras (AFP/ATL) con supervisión de calidad en línea, ciclos de curado controlados y tratamientos térmicos posteriores al proceso. *

Conexiones y transiciones:

híbridos de metal-composite que mitigan las concentraciones de tensión y aseguran el sellado bajo carga cíclica. *

Capas de barrera y permeabilidad:

optimizaciones que reducen la difusión de hidrógeno a través de la matriz sin un aumento significativo de la masa. *

Inspecciones NDT:

ultrasonido, termografía y fibras ópticas incrustadas en la estructura para monitorizar los daños en tiempo real.

Qué esperar de la campaña de pruebas en abril de 2026

La serie de pruebas planificada incluye llenados y alivios a niveles de presión definidos, ciclos térmicos, pruebas bajo carga vibratoria y, finalmente, una prueba de aproximación a los estados límite. Se presta especial atención al seguimiento de las "primeras fisuras", que son fenómenos microscópicos que indican los lugares donde se acumulan localmente las tensiones. Tales observaciones se incorporan directamente en las iteraciones de diseño y las instrucciones de producción, acortando el camino hacia un tanque que soporte las condiciones de vuelo reales con mayores márgenes.

Impacto en las operaciones de Ariane 6 y el posicionamiento en el mercado

Una transición exitosa hacia una etapa superior más ligera aporta un doble beneficio: una mayor carga útil a la órbita objetivo y un coste por kilogramo potencialmente menor. Esto le da a Ariane 6 una flexibilidad adicional para constelaciones, misiones interplanetarias con perfiles de inyección más complejos y misiones que requieren reencendido y una gestión precisa de la energía orbital. Una "etapa superior negra" también sería un mensaje contundente al mercado de que Europa posee sus propias tecnologías de composite innovadoras a un nivel que resuelve también los desafíos criogénicos del hidrógeno y el oxígeno líquidos.

Planes hasta finales de 2025: decisiones críticas y obras de construcción

Para el 31 de diciembre de 2025 está prevista una revisión crítica del diseño para la infraestructura de pruebas y el tanque, tras lo cual comenzarán las obras de construcción y la instalación de equipos especializados en el lugar. La documentación debe confirmar que se cumplen todos los criterios de seguridad, que el escenario de pruebas es factible y que los márgenes están en línea con los objetivos del programa. Esto abre el camino hacia el calendario de primavera para las pruebas con hidrógeno líquido en abril de 2026.

Cómo encaja esta historia en FLPP: el programa que reduce el riesgo del futuro

Phoebus es parte del programa FLPP (Future Launchers Preparatory Programme) de la ESA, cuya función es reducir el riesgo técnico y de desarrollo antes de entrar en las costosas fases de producción en serie y operaciones. A través de FLPP se financian y coordinan demostradores, se realizan verificaciones, se establecen estándares y se transfiere conocimiento entre los socios industriales. Se ha establecido un marco en el que las nuevas tecnologías, como los tanques criogénicos de CFRP, pueden demostrarse en el campo y luego incorporarse a sistemas reales con claros efectos en el mercado.

Lo que aprendimos de los pequeños demostradores y por qué es importante

La "botella" de 60 litros no es solo un paso simbólico, sino un paso crucial para la validación de las suposiciones físicas básicas: cómo se desarrollan las microfisuras a temperaturas criogénicas, cómo los cambios en los parámetros del proceso de producción afectan la permeabilidad, cuánto ayudan las capas de barrera y en qué lugares se debe reforzar el laminado alrededor de las conexiones. Estas lecciones forman el núcleo del conocimiento que luego se escala a tanques de 2 m de diámetro y más, con un ajuste constante de los modelos computacionales con los resultados de las pruebas.

El equipo que marca la diferencia: de la AFP a la verificación de calidad digital

Para la fabricación de grandes tanques de composite, la automatización es clave. Las máquinas de colocación automatizada de fibras (AFP/ATL) trabajan con gran precisión, pero para los tanques criogénicos se necesita un "ojo en tiempo real" adicional. Los sistemas integrados de inspección visual y térmica durante la producción permiten reconocer los defectos en la capa donde se produjeron, antes de que queden ocultos por capas más profundas. Paralelamente, se realiza un registro digital del proceso, un "hilo digital", que luego facilita la correlación entre los defectos, los procesos y el comportamiento del tanque en la prueba.

Integración con los sistemas de cohetes: no es solo un tanque, sino todo un ecosistema

Un tanque de composite también cambia otras partes de la etapa superior: desde las líneas y válvulas criogénicas, pasando por el aislamiento y las soluciones anti-geyser, hasta la forma en que se gestiona el boil-off y la relajación de la presión en la plataforma. Entran en juego decisiones sutiles sobre dónde colocar los sensores, cómo guiar los cables y las fibras ópticas para que soporten las vibraciones y las tensiones térmicas, y cómo resolver las conexiones de servicio que sean compatibles con el equipo de llenado terrestre existente. Todo esto debe encajar en una masa y una volumetría que tengan sentido para el rendimiento de la misión.

La perspectiva ecológica: hidrógeno, emisiones y movilidad futura

Aunque las emisiones de los cohetes son específicas y de una pequeña proporción en las cifras estadísticas globales, las tecnologías desarrolladas para el manejo seguro del hidrógeno líquido y los tanques criogénicos ligeros tendrán un impacto más amplio. El conocimiento sobre las barreras de permeabilidad, las zonas de seguridad, la inertización y la detección de fugas se trasladará a la aviación, que investiga el hidrógeno como combustible, pero también a la movilidad terrestre y la infraestructura energética, donde es crucial reducir las pérdidas y los riesgos en toda la cadena.

Qué sigue después de abril de 2026: el camino hacia la cualificación

Si los resultados demuestran que el tanque de hidrógeno de composite cumple los criterios de estanqueidad, resistencia y durabilidad con márgenes aceptables, los siguientes pasos conducirán a campañas de pruebas ampliadas, incluyendo pruebas de retención de hidrógeno líquido a largo plazo, ciclos termomecánicos de alto número de repeticiones y verificaciones de integración a nivel de sistema de la etapa superior. Paralelamente, se optimizará la producción, se buscarán áreas para mayores ahorros de masa y se finalizarán los estándares que acompañarán la transición de un demostrador a una configuración cualificada para el vuelo.

Puntos clave en un solo lugar

• Desarrollo de tanques de composite de hidrógeno y oxígeno líquidos para la etapa superior de Ariane 6 con el objetivo de un ahorro de masa significativo.


• La producción del recipiente a presión interno de 2 m de diámetro completó sus primeras fases en septiembre de 2025; la finalización de la producción está prevista para diciembre.


• Una revisión crítica del diseño para finales de 2025 permitirá el inicio de las obras de construcción en el lugar de pruebas.


• La campaña de pruebas con hidrógeno líquido está prevista para abril de 2026 en Trauen (Alemania); el escenario incluye una aproximación gradual al punto previo a la fractura.


• Paralelamente, también avanza un tanque de LOX sin revestimiento a escala real (aprox. 3,5 m de diámetro), lo que confirma la madurez de las soluciones de CFRP para condiciones criogénicas.


• El proyecto es parte del FLPP de la ESA y construye la autonomía europea en tecnologías críticas de los futuros sistemas de lanzamiento.

Glosario de términos para una consulta rápida

• CFRP (Carbon-Fibre Reinforced Plastic) – plástico reforzado con fibra de carbono; alta relación resistencia-masa.

*

Tanque criogénico

– un tanque para líquidos ultrafríos (LH

₂

, LOX) a temperaturas inferiores a −150 °C. *

Lineless

– construcción de tanque sin un revestimiento interno de metal/plástico; el composite contiene directamente el líquido criogénico. *

CDR (Critical Design Review)

– revisión formal que confirma que el diseño está listo para la siguiente fase. *

AFP/ATL

– métodos automatizados para colocar fibras o cintas de composite con un alto grado de repetibilidad.