Rakiety wydrukowane w 3D gotowe do startu

Jeśli letni start Terran1 z Cape Canaveral zakończy się sukcesem, Względność Przestrzeń będzie pierwszą firmą produkującą samoloty, która wyśle ​​w kosmos rakietę w całości wydrukowaną w 3D. Wkrótce potem zadzwonił kalifornijski start-up wyrzutnia wdroży swoją platformę satelitarną Orbiter napędzaną silnikami rakietowymi wydrukowanymi w 3D po uzyskaniu doładowania w kosmos od SpaceX.

Trudno przecenić wpływ, jaki druk 3D – zwany także wytwarzaniem addytywnym – wywarł na przemysł kosmiczny. Żadna inna technologia nie umożliwiła tak wielu firmom wejścia do tej branży i dostarczania pojazdów, silników i rakiet w tak krótkim czasie i przy tak niskich kosztach. A teraz liczba startujących producentów rakiet może wzrosnąć, ponieważ bardziej dostępne na rynku drukarki 3D sprostają zadaniu wytwarzania komponentów godnych przestrzeni kosmicznej.

Na przykład brytyjska firma lotnicza Orbex ma nadzieję, że jego rakiety wydrukowane w 3D, wykonane przy użyciu najnowszej metalowej drukarki 3D niemieckiego producenta EOS, wystrzelą ze Szkocji do końca roku. A w USA młody producent silników rakietowych Wielka Niedźwiedzica przyjmuje teraz zamówienia na nowy silnik napędowy Arroway, zaprojektowany w celu zastąpienia obecnie niedostępnych rosyjskich źródeł napędu. Jest również drukowany w 3D przy użyciu dostępnych metalowych drukarek 3D.

„Nie sądzę, aby nasza firma istniała bez druku 3D” — mówi Jake Bowles, dyrektor ds. zaawansowanej produkcji i materiałów w Ursa Major, który spędził pięć lat w SpaceX. „Nasza ewolucja była silnie związana z istnieniem i dojrzałością druku 3D”.

Ursa Major postanowił wprowadzić silnik na rynek w znacznie szybszym tempie niż wcześniej, w ciągu miesięcy, a nie lat, co było możliwe tylko dzięki prototypowaniu i produkcji za pomocą drukarek 3D, mówi Bowles.

Podczas gdy Relativity Space i inni opracowali zastrzeżoną technologię drukowania 3D dla swoich rakiet, Bowles mówi, że korzystanie z nowych komercyjnych drukarek 3D umożliwiło Ursa Major utrzymanie kontroli nad kosztami i szybkie iterowanie projektów, bez konieczności potykania się o wczesny rozwój technologii wymagany w przypadku rodzimych drukarek 3D .

„Nasz zespół stale ocenia nowe firmy produkujące drukarki 3D, które wprowadzają innowacje, ponieważ istnieje duża konkurencja o udział w rynku lotniczym i kosmicznym”, mówi Bowles. Przewiduje się, że globalny rynek druku 3D w przemyśle lotniczym osiągnie 9.27 miliarda dolarów do 2030 roku, według Strategic Market Research.

Firmy prześcigają się w oferowaniu najpotężniejszych, najbardziej elastycznych i najtańszych opcji firmom takim jak AmazonAMZN
, które chcą umieścić satelity na orbicie, aby zapewnić globalny dostęp szerokopasmowy, rejestrować wysokiej rozdzielczości obrazy aktywności na Ziemi, a nawet założyć prywatne hotele na stacjach kosmicznych dla ultrabogatych.

Druk 3D napędza wyścig o komercjalizację przestrzeni

Dzięki technologii wytwarzania przyrostowego, która obniża koszty startu nawet o 95% w porównaniu z programem promów kosmicznych NASA, drzwi są otwarte dla większej liczby usług z orbity, co powoduje ostrą konkurencję wśród producentów rakiet. Hasło firmowe Launchera brzmi jak reklama Walmarta: „Gdziekolwiek w kosmosie po najniższych kosztach”.

Uszczuplenie milionów z kosztów rozmieszczenia satelitów pozwoliło niedawno pozyskać fundusze Launcher od Sił Kosmicznych Stanów Zjednoczonych na dalszy rozwój wydrukowanego w 2D, wysokowydajnego silnika rakietowego na paliwo ciekłe E-3 dla rakiety nośnej Launcher Light, której lot zaplanowano na 2024 r. Siły Kosmiczne USA powiedział: „Silnik rakietowy na paliwo ciekłe E-2 Launchera może znacznie obniżyć cenę dostarczania małych satelitów na orbitę na dedykowanych małych pojazdach nośnych, co jest kluczową zdolnością i priorytetem Sił Kosmicznych”.

Aby obniżyć koszty i przyspieszyć produkcję, Launcher wykorzystuje również drukarki 3D firmy EOS oraz kalifornijską firmę Velo3D.

„Części turbopompy silników rakietowych zazwyczaj wymagają odlewania, kucia i spawania” — mówi Max Haot, założyciel i dyrektor generalny Launcher. „Oprzyrządowanie wymagane do tych procesów zwiększa koszty rozwoju i zmniejsza elastyczność między iteracjami projektu. Możliwość drukowania w 3D naszej turbopompy, w tym obracających się wirników osłoniętych Inconel, dzięki technologii zerowego stopnia Velo3D, umożliwia to teraz przy niższych kosztach i większej innowacyjności dzięki iteracji między każdym prototypem.

Przy tradycyjnych metodach produkcji w przemyśle lotniczym często słyszy się o 12-XNUMX-miesięcznym czasie realizacji i ogromnych wydatkach na oprzyrządowanie do zbudowania i przetestowania, coś w rodzaju zasilanego pompą, bogatego w tlen silnika spalinowego, mówi Eduardo Rondon, starszy specjalista ds. analityk w Ursa Major, kolejny weteran SpaceX. „Produkcja addytywna pozwala nam umieścić nowy projekt na stanowisku testowym, zdecydować o wprowadzeniu zmian, pracować nad alternatywną architekturą, wydrukować go i umieścić na stanowisku w ciągu kilku tygodni”.

Orbex 3D drukuje swoje rakiety na tym samym typie drukarki co Launcher, the AMCM M4K-4 metalowa platforma drukarska firmy EOS, która pojawiła się w 2021 roku. Firma korzystała również z metalowych drukarek 3D niemieckiej firmy SLM Solutions.

Druk 3D nie tylko dla start-upów

Druk 3D ma długą historię w kosmosie, odkąd SpaceX zaprezentował wydrukowany w 3D silnik rakietowy SuperDraco w 2013 roku.

Aerokosmiczny gigant Aerojet RocketdyneAJRD
przeprojektowała swoją rodzinę silników rakietowych Bantam w 2017 roku, aby w pełni wykorzystać możliwości wytwarzania przyrostowego, które skracają całkowity czas projektowania i produkcji z ponad roku do kilku miesięcy, przy jednoczesnym obniżeniu kosztów o około 65% w porównaniu z konwencjonalnymi metodami produkcji.

„Silniki te, które normalnie składają się z ponad 100 części, są zbudowane tylko z trzech głównych komponentów wytwarzanych metodą addytywną: zespołu wtryskiwacza, komory spalania oraz monolitycznej sekcji gardzieli i dyszy” — mówi firma.

Rocket Lab, kolejny pionier w komercyjnych startach satelitów, po raz pierwszy wprowadził na rynek swój lekki silnik rakietowy Rutherford, wydrukowany w 3D, w 2017 roku. Jego komora spalania, wtryskiwacze, pompy i główne zawory paliwa są wydrukowane w 3D i napędzały już 27 startów, w tym ten w tym tygodniu.

We wtorek, Rocket Lab's Silnik Rutherford napędzał firmową rakietę Electron z Nowej Zelandii z ładunkiem NASA zmierzającym na Księżyc.

Pomimo faktu, że NASA i doświadczeni weterani startów od lat testują, zatwierdzają i włączają wytwarzanie przyrostowe do swoich programów, dzisiejsza komercyjna technologia druku 3D i zaawansowane materiały ze stopów metali dojrzały tak szybko, że firmy takie jak Launcher, Ursa Major i Orbex mogą uzyskać od prototypu do uruchomienia w krótszym czasie za mniejsze pieniądze.

„Zaczęliśmy od pierwszego dnia projektując w oparciu o druk 3D i wykorzystując możliwości, jakie oferuje” — mówi Bowels. „Pozwoliło nam to zbudować wewnętrzne know-how dotyczące optymalizacji projektów do druku 3D, które możemy następnie zastosować w nowych silnikach, które musimy opracować i sprzedać, aby sprostać zapotrzebowaniu rynku. A wiedząc już, jak to zrobić, możemy szybciej wejść na rynek”.