眾所周知，美國國家航空航天局（NASA）已經啟動了重返月球的阿爾忒彌斯（Artemis）計劃，根據規劃，“阿爾忒彌斯”載人探月計劃分三個階段進行：第一階段將會把“獵戶座”飛船送入環繞月球飛行的軌道主要任務是技術測試，第二階段也就是“阿爾忒彌斯”2號計劃將于2024年進行，雖然為載人任務，但它不會在月球表面著陸，而第三階段的“阿爾忒彌斯”3號計劃在2025年進行，將會把宇航員送往月球的表面。

而隨著阿爾忒彌斯計劃的每次發射任務，都讓人類離重返月球更近了一步。總部位于美國得克薩斯州休斯頓的Intuitive Machines公司是NASA商業月球有效載荷交付服務（Commercial Lunar Payload Delivery Services，CLPS）計劃的供應商之一，正在準備其Nova-C月球著陸器，并于2023年11月中旬在SpaceX獵鷹9號運載火箭上進行定向發射。

此次的IM-1任務有望在月球南極附近著陸一個未折疊的月球著陸器，并可以展示導航、著陸和通信技術。該任務還將研究火箭羽流如何與月球表面和著陸場的太空天氣環境相互作用，而該著陸點正在為將宇航員送上月球的阿爾忒彌斯III號任務進行評估。

據悉，IM-1任務創造了多項“第一”。Intuitive Machines公司的飛船不僅將是自1972年阿波羅17號任務以來第一艘登陸月球的美國航天器，它還將是第一艘商業月球著陸器。Nova-C也將成為第一艘在太空環境中使用液氧（LO2）/液態甲烷（LCH4）推進系統的飛行器。

源于諸多原因，LO2/LCH4推進系統引起了人們的興趣。它被認為是一種潛在的“更環保”的傳統推進方案的替代者。基于甲烷的推進系統具有較高的比沖（ISP），即每秒釋放的力，但其密度只被允許儲存在較小的儲罐中。此外，外太陽系中甲烷含量豐富，為火星及其他地區的任務提供了燃料。然而，使用這種組合需要能夠承受低溫的儲罐——LO2和LCH4的沸點分別為-183oC和-162oC。兩種燃料所需的極端溫度給這種推進系統帶來了工程挑戰。

因此，合理選擇儲罐類型成為Intuitive Machines公司一個重要的考慮因素。由金屬制成的I型壓力容器增加了有效載荷的額外重量，而由復合材料外覆金屬的II型和III型儲罐（composite overwrapped pressure vessel，COPV）在經歷極端溫度循環時會發生分層和脆化。因此，Intuitive Machines公司開始探索使用V型壓力容器執行任務的可能性。

目前，部分V型壓力容器已被用于工業儲氣罐，以及天然氣和氫燃料電池汽車，它由碳纖維復合材料制成并且是無襯里結構。它的輕質全復合材料結構使其適用于重量直接影響燃油效率和車輛性能的應用。復合材料也經常被選擇用于需要高強度重量比和耐腐蝕性的應用。此外，V型容器設計用于處理極高的壓力，通常超過700巴（10000psi）或更高。這使它們能夠在一個相對小而輕的容器中儲存大量的壓縮氣體。

為了將復合材料罐整合到Nova-C月球著陸器，Intuitive Machines求助于美國加利福尼亞州的Scorpius Space Launch 公司，該公司是一家獨特的V型壓力容器設計制造商，采用適用于低溫用途的一體式結構。SSLC的Pressurmaxx儲罐已在低至-196°C的低溫和高達8000 psi的壓力下成功進行了測試。

作為開發和認證過程的一部分，Intuitive Machines對SSLC的Pressurmaxx復合無襯里儲罐進行了150多項不同的測試，對儲罐進行了溫度循環、振動和沖擊測試。

相關負責人介紹，SSLC制造的儲罐重量明顯低于傳統方案，這可以使Intuitive Machines能夠向月球表面輸送更多的質量，并將為人類可持續重返月球鋪平道路。

現如今，碳纖維已經成為輕量化的代名詞，這確實是太空飛行的一個重要考慮因素，但還有許多其他優點使這種材料成為太空應用的好選擇。

SSLC總裁兼首席執行官Markus Rufer指出：不少人認為使用碳纖維的唯一原因是因為它更輕，但實際上這只是其中的一個有點，比如碳纖維復合材料儲罐不會腐蝕，它幾乎對太空中所有化學物質都具有完全的抵抗力。

此外，由于材料在航天飛行中承受的極端溫度范圍很廣，以及使用低溫推進劑，因此所使用的任何材料都必須能夠承受溫度的劇烈變化。這是SSLC壓力容器一體式設計的另一個優點。

儲罐采用SSLC專有的藍寶石77低溫樹脂系統和Hexcel (Stamford, Conn, U.S.)碳纖維制成，不含金屬、緊固件、焊縫或額外的密封劑。雖然樹脂配方是專有的，但Rufer說，原料和碳纖維材料是復合材料工業中常用的。

SSLC的儲罐設計成統一的結構，不需要任何額外的支撐元件。由于復合材料相對于金屬結構具有非常低的熱膨脹系數（CTE），因此最大限度地減少了圍繞這些問題進行設計的需要。Pressurmaxx容器可保持數千磅/平方英寸的壓力，與航空航天應用中使用的所有常見流體和氣體兼容，溫度范圍為-196°C至77°C。該儲罐采用SSLC專有的Sapphire 77低溫樹脂系統和美國Hexcel碳纖維建造，不含金屬、緊固件、焊縫或其他密封劑。

Intuitive Machine公司選擇LO2/LCH4作為Nova-C著陸器的推進和轉向系統的一個考慮因素是：越來越多的環保意識延伸到太空探索領域。一些傳統的用于推進系統的物質，如肼的毒性很大。相比之下，LCH4燃燒產生的廢氣主要由水組成，二氧化碳和氮氧化物含量最低。這使它成為目前燃燒最清潔的火箭推進劑之一，僅次于氫氣。

Nova-C配備了兩個SSLC Pressurmaxx儲罐，一個包含LCH4，另一個包含LO2。雖然該系統并非完全無排放，但與傳統推進系統相比，它是一個非常清潔的系統。

當SSLC在21世紀初開始開發其儲罐時，它開始著手解決V型壓力容器可能出現的眾多問題，比如氣體泄漏，它們可以保持壓力，但一旦開始進行溫度循環，就會在相對較低的壓力下開始出現泄漏，可能是50-70psi。在使用液氮進行測試時，則無法保持壓力，出現了微裂紋問題。

當時，許多儲罐都是由兩個用腹帶連接的兩半制成的，很難確保由此產生的接頭完全無泄漏。此外，儲罐極凸臺開口上的法蘭通常是金屬的，這會導致具有不同CTE的相鄰復合材料出現問題，因為儲罐呈現出與法蘭不同的速率收縮或膨脹的趨勢。

當有兩種不同類型的材料想要在一個接頭中相互競爭時，這意味著它會失敗。因此，公司在早期就開始用碳纖維復合材料制造凸臺（boss），并也放棄了腹帶方法，并為該接頭設計了不同的技術。目前，SSLC已經開發了自主研發的基于嵌縫的儲罐半體連接方法。

雖然選擇IM-1任務中的燃料箱主要是為了減輕重量和低溫性能，但SSLC希望這次任務將有助于為實現一種全新的航天器鋪平道路。SSLC對使用推進劑罐作為運載工具主要承載元件的火箭設計特別感興趣。

根據Rufer的介紹，該公司的儲罐配置將初級和次級支撐結構結合為一個單一的推進劑儲罐中，該儲罐比傳統儲罐更輕、更硬、更強。SSLC的全碳纖維復合材料儲罐包括極凸臺（包括凸臺螺紋）、外部結構桁條和內部防濺擋板等功能。因為這些儲罐是一體式結構，它們可以有效地成為運載火箭或航天器的主要結構。

SSLC的姐妹公司Microcosm公司正在使用Pressurmaxx儲罐作為基礎，設計包括單個集成碳纖維結構的整個航天器。在與SSLC的合作中，Microcosm開發了一種用于小型衛星的組合式結構/推進劑儲罐，稱之為一體加壓復合材料結構（unibody pressurized composite structure，UPCS）。

航天器的結構集成了推進劑罐，不需要任何類型的額外支撐元件，但仍然可以輕松安裝各種有效載荷和總線子系統。根據不同的結構，該解決方案可將航天器整體質量降低20-40%。

雖然傳統的航天器設計和推進系統具有飛行傳統的優勢，但Rufer認為一種使推進罐能夠作為航天器主體發揮雙重作用的方法是未來的發展方向，他希望IM-1任務是朝著充分發揮V型出掛潛力邁出的一步。