3D vytlačené rakety nastavené na odpálenie

Ak bude tohtoročný letný štart Terran1 z Cape Canaveral úspešný, Relatívny priestor bude prvou leteckou výrobnou spoločnosťou, ktorá vyšle do vesmíru raketu vytlačenú výhradne 3D. Onedlho sa ozval kalifornský start-up launcher nasadí svoju satelitnú platformu Orbiter poháňanú 3D tlačenými raketovými motormi po tom, čo dostane podporu do vesmíru od SpaceX.

Je ťažké preceňovať vplyv 3D tlače – nazývanej aj aditívna výroba – na vesmírny priemysel. Žiadna iná technológia neumožnila toľkým spoločnostiam vstúpiť do tohto odvetvia a dodať vozidlá, motory a rakety v tak krátkom čase s takými nízkymi nákladmi. A teraz je počet začínajúcich výrobcov rakiet pripravený na rozmach, pretože komerčnejšie dostupné 3D tlačiarne dokazujú, že dokážu chrliť komponenty vhodné pre vesmír.

Napríklad letecká spoločnosť so sídlom v Spojenom kráľovstve Orbex dúfa, že jeho 3D vytlačené rakety, vyrobené pomocou najnovšej kovovej 3D tlačiarne od nemeckého výrobcu EOS, odpália zo Škótska do konca roka. A v USA mladý výrobca raketových motorov Ursa Major teraz prijíma objednávky na svoj nový pohonný motor Arroway navrhnutý tak, aby nahradil teraz nedostupné zdroje pohonu ruskej výroby. Je tiež 3D vytlačený pomocou dostupných kovových 3D tlačiarní.

„Nemyslím si, že by naša spoločnosť existovala bez 3D tlače,“ hovorí Jake Bowles, riaditeľ pokročilej výroby a materiálov v Ursa Major, ktorý strávil päť rokov v SpaceX. "Náš vývoj bol silne spojený s existenciou a vyspelosťou 3D tlače."

Ursa Major sa rozhodol uviesť motor na trh oveľa rýchlejším tempom, než tomu bolo predtým, v mesiacoch nie rokoch, čo bolo možné len prototypovaním a výrobou s 3D tlačiarňami, hovorí Bowles.

Zatiaľ čo spoločnosť Relativity Space a iní vyvinuli patentovanú technológiu 3D tlače pre svoje rakety, Bowles hovorí, že používanie nových komerčných 3D tlačiarní umožnilo Ursa Major udržať náklady pod kontrolou a rýchlo opakovať návrhy bez toho, aby sa museli potácať v ranom vývoji technológie, ktorý si vyžadujú domáce 3D tlačiarne. .

„Náš tím neustále hodnotí nové spoločnosti zaoberajúce sa 3D tlačiarňami, ktoré prichádzajú s inováciami, pretože existuje veľká konkurencia o podiel na trhu s kozmickým a vesmírnym trhom,“ hovorí Bowles. Podľa Strategic Market Research sa predpokladá, že celosvetový trh s 3D tlačou v letectve dosiahne do roku 9.27 2030 miliardy dolárov.

Spoločnosti sa predháňajú v tom, kto ponúkne najvýkonnejšie, najflexibilnejšie a najlacnejšie možnosti spoločnostiam, ako je AmazonAMZN
, ktoré chcú umiestniť satelity na obežnú dráhu, aby poskytovali globálne širokopásmové pripojenie, zachytávali snímky aktivít na Zemi vo vysokom rozlíšení a dokonca zakladali súkromné ​​hotely na vesmírnych staniciach pre ultrabohatých.

3D tlač podnecuje preteky o komercializáciu vesmíru

Vďaka aditívnej výrobnej technológii, ktorá znižuje náklady na štart až o 95 % v porovnaní s programom raketoplánov NASA, sú dvere otvorené pre viac služieb z obežnej dráhy, čo vedie k silnej konkurencii medzi výrobcami rakiet. Slogan spoločnosti Launcher znie ako reklama Walmart: „Kdekoľvek vo vesmíre za najnižšiu cenu.“

Zníženie miliónov nákladov na rozmiestnenie satelitov nedávno prinieslo financovanie Launcheru od US Space Force na ďalší vývoj jeho E-2 3D tlačeného vysokovýkonného kvapalného raketového motora pre nosnú raketu Launcher Light, ktorá má letieť v roku 2024. US Space Force povedal: „Kvapalný raketový motor Launcher E-2 má potenciál výrazne znížiť cenu dopravy malých satelitov na obežnú dráhu na špeciálnych malých nosných raketách, čo je kľúčová schopnosť a priorita vesmírnych síl.“

Na zníženie nákladov a zrýchlenie výroby používa Launcher aj 3D tlačiarne od EOS, ako aj kalifornskú Velo3D.

„Časti turbočerpadla raketového motora si zvyčajne vyžadujú odlievanie, kovanie a zváranie,“ hovorí Max Haot, zakladateľ a generálny riaditeľ spoločnosti Launcher. „Nástroje potrebné pre tieto procesy zvyšujú náklady na vývoj a znižujú flexibilitu medzi iteráciami návrhu. Schopnosť 3D vytlačiť naše turbočerpadlo, vrátane rotujúcich obežných kolies Inconel, vďaka technológii nulového stupňa Velo3D, to teraz umožňuje pri nižších nákladoch a zvýšenej inovácii prostredníctvom opakovania medzi každým prototypom.

S tradičnými výrobnými metódami pre letectvo a kozmonautiku je bežné počuť o deväť- až 12-mesačných dodacích lehotách a obrovských nákladoch na nástroje na zostavenie a testovanie, niečo ako čerpadlom napájaný stupňovitý spaľovací motor bohatý na kyslík, hovorí Eduardo Rondon, vedúci pohon. analytik z Ursa Major, ďalší veterán SpaceX. „Aditívna výroba nám umožňuje umiestniť nový dizajn na testovací stojan, rozhodnúť sa pre zmenu, pracovať na alternatívnej architektúre, vytlačiť ho a dostať ho na stojan v priebehu týždňov.“

Orbex 3D tlačí svoje rakety na rovnakom type tlačiarne ako Launcher AMCM M4K-4 kovová tlačová platforma od EOS, ktorá vyšla v roku 2021. Spoločnosť tiež použila kovové 3D tlačiarne od nemeckej spoločnosti SLM Solutions.

3D tlač nielen pre začínajúcich podnikateľov

3D tlač má vo vesmíre dlhú históriu, odkedy SpaceX v roku 3 predstavila svoj 2013D tlačený raketový motor SuperDraco.

Letecký gigant Aerojet RocketdyneAJRD
prepracovaná rodina raketových motorov Bantam v roku 2017 naplno využíva možnosti aditívnej výroby, ktoré skracujú celkový čas návrhu a výroby z viac ako roka na niekoľko mesiacov a zároveň znižujú náklady o približne 65 % v porovnaní s konvenčnými výrobnými metódami.

„Tieto motory, ktoré by normálne pozostávali z viac ako 100 častí, sú vyrobené iba z troch hlavných komponentov vyrobených aditívom: zostava vstrekovača, spaľovacia komora a monolitická časť hrdla a trysky,“ hovorí spoločnosť.

Rocket Lab, ďalší priekopník v komerčných vypúšťaniach satelitov, prvýkrát spustil svoj ľahký raketový motor Rutherford vytlačený na 3D tlačiarni v roku 2017. Jeho spaľovacia komora, vstrekovače, čerpadlá a ventily hlavného paliva sú vytlačené na 3D a poháňali už 27 štartov, vrátane tej z tohto týždňa.

V utorok, Rocket Lab Motor Rutherford poháňal firemnú raketu Electron z Nového Zélandu s nákladom NASA smerujúcim na Mesiac.

Napriek skutočnosti, že NASA a skúsení veteráni štartovania testovali, overovali a začleňovali výrobu aditív do svojich programov už roky, dnešná komerčná technológia 3D tlače a pokročilé materiály z kovových zliatin dozreli tak rýchlo, že spoločnosti ako Launcher, Ursa Major a Orbex môžu získať od prototypu po spustenie v kratšom čase za menej peňazí.

„Od prvého dňa sme začali navrhovať 3D tlač a využívať možnosti, ktoré ponúka,“ hovorí Bowels. „To nám umožnilo vybudovať interné know-how o tom, ako optimalizovať návrhy pre 3D tlač, ktoré potom môžeme aplikovať na nové motory, ktoré musíme vyvinúť a predávať, aby sme uspokojili dopyt na trhu. A tým, že už vieme, ako to urobiť, sa môžeme dostať na trh rýchlejšie.“