3D-natisnjene rakete, pripravljene za izstrelitev

Če bo letošnja poletna izstrelitev Terran1 z Cape Canaveral uspešna, Prostor relativnosti bo prvo letalsko in vesoljsko proizvodno podjetje, ki bo v vesolje poslalo v celoti 3D natisnjeno raketo. Kmalu zatem je poklical kalifornijski start-up Izstrelitev bo namestil svojo satelitsko platformo Orbiter, ki jo poganjajo 3D-tiskani raketni motorji, potem ko je SpaceX dosegel zagon v vesolje.

Težko je preceniti vpliv 3D-tiskanja – imenovanega tudi aditivna proizvodnja – na vesoljsko industrijo. Nobena druga tehnologija ni omogočila toliko podjetij, da vstopijo v to industrijo in dostavijo vozila, motorje in rakete v tako kratkem času po tako nizkih stroških. In zdaj bo število zagonskih proizvajalcev raket naraslo, saj se več komercialno dostopnih 3D tiskalnikov izkaže za nalogo izdelave komponent, vrednih prostora.

Na primer, vesoljsko podjetje s sedežem v Združenem kraljestvu Orbex upa, da bodo njegove 3D-natisnjene rakete, izdelane z najnovejšim kovinskim 3D-tiskalnikom nemškega proizvajalca EOS, do konca leta poletele s Škotske. In v ZDA mladi izdelovalec raketnih motorjev Velika Ursa zdaj sprejema naročila za svoj novi pogonski motor Arroway, zasnovan tako, da izpodriva zdaj nedostopne pogonske vire ruske proizvodnje. Prav tako je 3D natisnjen z uporabo razpoložljivih kovinskih 3D tiskalnikov.

"Mislim, da našega podjetja ne bi obstajalo brez 3D-tiskanja," pravi Jake Bowles, direktor napredne proizvodnje in materialov pri Ursa Major, ki je pet let preživel pri SpaceXu. "Naš razvoj je bil močno povezan z obstojem in zrelostjo 3D tiskanja."

Ursa Major si je želel prinesti motor na trg veliko hitreje, kot je bilo prej, v mesecih in ne letih, kar je bilo mogoče le z izdelavo prototipov in proizvodnjo s 3D-tiskalniki, pravi Bowles.

Medtem ko so Relativity Space in drugi razvili lastniško tehnologijo 3D tiskanja za svoje rakete, Bowles pravi, da je uporaba novih komercialnih 3D tiskalnikov omogočila Ursa Majoru, da obdrži stroške pod nadzorom in hitro ponovi načrte, ne da bi se morali spotikati skozi zgodnji razvoj tehnologije, ki je potreben pri domačih 3D tiskalnikih. .

"Naša ekipa nenehno ocenjuje nova podjetja za 3D tiskalnike, ki prihajajo z inovacijami, ker obstaja velika konkurenca za delež trga za lansiranje letal in vesolja," pravi Bowles. Glede na strateške tržne raziskave naj bi do leta 3 obseg svetovnega trga za vesoljsko 9.27D tiskanje dosegel 2030 milijarde dolarjev.

Podjetja tekmujejo, da bi podjetjem, kot je Amazon, ponudili najzmogljivejše, najbolj prilagodljive in najcenejše možnostiAMZN
, ki želijo v orbito postaviti satelite za zagotavljanje globalnega širokopasovnega dostopa, zajemati slike dejavnosti na Zemlji v visoki ločljivosti in celo vzpostaviti zasebne hotele v vesoljski postaji za izjemno bogate.

3D tiskanje spodbuja tekmo za komercializacijo prostora

S tehnologijo aditivne proizvodnje, ki zniža stroške izstrelitve za kar 95 % v primerjavi s programom NASA space shuttle, so odprta vrata za več storitev iz orbite, ki vodi ostro konkurenco med izdelovalci raket. Slogan podjetja Launcher se glasi kot Walmart oglas: "Kjerkoli v vesolju po najnižji ceni."

Z odbitjem milijonov stroškov namestitve satelitov so pred kratkim pridobili sredstva Launcher s strani vesoljskih sil ZDA za nadaljnji razvoj svojega 2D natisnjenega visokozmogljivega raketnega motorja E-3 za nosilno raketo Launcher Light, ki naj bi poletela leta 2024. Vesoljske sile ZDA je dejal: "Launcherjev tekoči raketni motor E-2 ima potencial za znatno znižanje cene za dostavo majhnih satelitov v orbito na namenskih majhnih nosilnih raketah, kar je ključna zmogljivost in prednostna naloga vesoljskih sil."

Za znižanje stroškov in hitrost proizvodnje Launcher uporablja tudi 3D tiskalnike EOS in Velo3D iz Kalifornije.

"Deli turbočrpalke raketnih motorjev običajno zahtevajo litje, kovanje in varjenje," pravi Max Haot, ustanovitelj in izvršni direktor Launcherja. »Orodje, potrebno za te postopke, poveča stroške razvoja in zmanjša prilagodljivost med iteracijami načrtovanja. Zmožnost 3D tiskanja naše turbočrpalke, vključno z vrtljivimi rotorji z ohišjem Inconel, zahvaljujoč tehnologiji nič stopinj Velo3D, omogoča zdaj z nižjimi stroški in večjo inovacijo s ponavljanjem med vsakim prototipom.

Pri tradicionalnih proizvodnih metodah za vesoljsko letalstvo je običajno slišati o dobavni roki od devet do 12 mesecev in ogromnih stroških orodja za izdelavo in testiranje, nekaj podobnega, kot je stopenjski motor z izgorevanjem, ki se napaja s kisikom, pravi Eduardo Rondon, višji pogonski stroj. analitik pri Ursa Major, še en veteran SpaceX. "Aditivna proizvodnja nam omogoča, da postavimo nov dizajn na testno stojalo, se odločimo za spremembo, delamo na nadomestni arhitekturi, jo natisnemo in postavimo na stojalo v tednih."

Orbex 3D natisne svoje rakete na isti tip tiskalnika kot Launcher, the AMCM M4K-4 kovinska tiskarska platforma EOS, ki je izšla leta 2021. Podjetje je uporabljalo tudi kovinske 3D tiskalnike nemškega podjetja SLM Solutions.

3D tiskanje ne samo za zagon

3D tiskanje ima v vesolju dolgo zgodovino, odkar je SpaceX leta 3 predstavil svoj 2013D natisnjen raketni motor SuperDraco.

Letalski velikan Aerojet RocketdyneAJRD
je leta 2017 preoblikoval svojo družino raketnih motorjev Bantam in v celoti izkoristil zmogljivosti aditivne proizvodnje, ki skrajšajo skupni čas oblikovanja in izdelave z več kot enega leta na nekaj mesecev, hkrati pa znižajo stroške za približno 65 % v primerjavi s konvencionalnimi proizvodnimi metodami.

"Ti motorji, ki bi bili običajno sestavljeni iz več kot 100 delov, so zgrajeni iz samo treh glavnih komponent, izdelanih z aditivi: sklopa injektorja, zgorevalne komore ter monolitnega dela grla in šob," pravijo v podjetju.

Rocket Lab, še en pionir pri izstrelitvah komercialnih satelitov, je leta 3 prvič lansiral svoj lahek raketni motor Rutherford, natisnjen s 2017D. Njegova zgorevalna komora, injektorji, črpalke in glavni pogonski ventili so vsi 3D natisnjeni in so poganjali že 27 izstrelitev, vključno s tistim ta teden.

V torek, Rocket Lab's Rutherfordov motor je poganjal raketo podjetja Electron iz Nove Zelandije z NASA koristnim tovorom, namenjenim na Luno.

Kljub dejstvu, da so NASA in izkušeni veterani izstrelitve že leta testirali, potrdili in vključili aditivno proizvodnjo v svoje programe, so današnja komercialna tehnologija 3D tiskanja in napredni materiali iz kovinskih zlitin dozoreli tako hitro, da lahko podjetja, kot so Launcher, Ursa Major in Orbex, pridobijo od prototipa do lansiranja v krajšem času za manj denarja.

»Od prvega dne smo začeli z oblikovanjem okoli 3D-tiskanja in izkoriščanjem zmogljivosti, ki jih ponuja,« pravi Bowels. »To nam je omogočilo, da zgradimo interno znanje o tem, kako optimizirati zasnove za 3D-tiskanje, ki ga lahko nato uporabimo za nove motorje, ki jih moramo razviti in prodati, da zadovoljimo povpraševanje na trgu. In če že vemo, kako to storiti, lahko hitreje pridemo na trg."