3D vytištěné rakety nastavené k odpálení

Pokud bude letošní letní start Terran1 z Cape Canaveral úspěšný, Relativní prostor bude první leteckou výrobní společností, která vyšle do vesmíru raketu kompletně vytištěnou 3D tiskem. Brzy poté se ozval kalifornský start-up Launcher nasadí svou satelitní platformu Orbiter poháněnou 3D tištěnými raketovými motory poté, co dostane podporu do vesmíru od SpaceX.

Je těžké přeceňovat dopad 3D tisku – nazývaného také aditivní výroba – na vesmírný průmysl. Žádná jiná technologie neumožnila tolika společnostem vstoupit do tohoto odvětví a dodávat vozidla, motory a rakety v tak krátkém čase s tak nízkými náklady. A nyní je počet začínajících výrobců raket na vzestupu, protože více komerčně dostupných 3D tiskáren dokazuje, že plní úkol chrlit komponenty vhodné pro vesmír.

Například britská letecká společnost Orbex doufá, že jeho 3D tištěné rakety, vyrobené pomocí nejnovější kovové 3D tiskárny od německého výrobce EOS, odstartují ze Skotska do konce roku. A v USA mladý výrobce raketových motorů Ursa Major nyní přijímá objednávky na svůj nový pohonný motor Arroway navržený tak, aby nahradil nyní nedostupné zdroje pohonu ruské výroby. Je to také 3D tisk pomocí dostupných kovových 3D tiskáren.

„Nemyslím si, že by naše společnost existovala bez 3D tisku,“ říká Jake Bowles, ředitel pokročilé výroby a materiálů v Ursa Major, který strávil pět let ve SpaceX. "Náš vývoj byl silně svázán s existencí a vyspělostí 3D tisku."

Ursa Major si stanovil za cíl uvést motor na trh mnohem rychlejším tempem, než tomu bylo dříve, během měsíců, nikoli let, což bylo možné pouze prototypováním a výrobou pomocí 3D tiskáren, říká Bowles.

Zatímco Relativity Space a další vyvinuli vlastní technologii 3D tisku pro své rakety, Bowles říká, že použití nových komerčních 3D tiskáren umožnilo Ursa Major udržet náklady pod kontrolou a rychle opakovat návrhy, aniž by museli klopýtat v raném technologickém vývoji vyžadovaném domácími 3D tiskárnami. .

„Náš tým neustále vyhodnocuje nové společnosti vyrábějící 3D tiskárny, které přicházejí s inovacemi, protože o podíl na leteckém a kosmickém trhu existuje velká konkurence,“ říká Bowles. Podle Strategic Market Research se očekává, že globální trh s 3D tiskem v leteckém průmyslu dosáhne do roku 9.27 2030 miliardy dolarů.

Společnosti se předhánějí v tom, kdo nabídne ty nejvýkonnější, nejflexibilnější a nejlevnější možnosti společnostem, jako je AmazonAMZN
, které se snaží dostat na oběžnou dráhu satelity, aby poskytovaly globální širokopásmové připojení, pořizovaly snímky aktivit na Zemi ve vysokém rozlišení a dokonce zakládaly soukromé hotely na vesmírných stanicích pro ultrabohaté.

3D tisk podněcuje závod o komercializaci vesmíru

Díky technologii aditivní výroby, která snižuje náklady na start až o 95 % ve srovnání s programem raketoplánů NASA, jsou dveře otevřené pro další služby z oběžné dráhy, což vede k tvrdé konkurenci mezi výrobci raket. Slogan společnosti Launcher zní jako reklama na Walmart: „Kdekoli ve vesmíru za nejnižší cenu.“

Snížení milionů nákladů na rozmístění satelitů nedávno získalo finanční prostředky pro Launcher od US Space Force na další vývoj jeho E-2 3D-tištěného, ​​vysoce výkonného kapalinového raketového motoru pro nosnou raketu Launcher Light, která má létat v roce 2024. US Space Force řekl: „Launcherův kapalný raketový motor E-2 má potenciál výrazně snížit cenu dopravy malých satelitů na oběžnou dráhu na vyhrazených malých nosných raketách, což je klíčová schopnost a priorita pro vesmírné síly.“

Ke snížení nákladů a urychlení výroby využívá Launcher také 3D tiskárny od EOS a také kalifornské Velo3D.

„Díly turbočerpadla raketového motoru obvykle vyžadují odlévání, kování a svařování,“ říká Max Haot, zakladatel a generální ředitel společnosti Launcher. „Nástroje potřebné pro tyto procesy zvyšují náklady na vývoj a snižují flexibilitu mezi iteracemi návrhu. Schopnost 3D tisknout naše turbočerpadlo, včetně rotujících zapouzdřených oběžných kol Inconel, díky technologii nulového stupně Velo3D, to nyní umožňuje s nižšími náklady a zvýšenou inovací prostřednictvím iterací mezi každým prototypem.

S tradičními výrobními metodami pro letectví a kosmonautiku je běžné slýchat o devíti až dvanáctiměsíčních dodacích lhůtách a obrovských nákladech na nástroje pro stavbu a testování, něco jako pumpou napájený stupňovitý spalovací motor bohatý na kyslík, říká Eduardo Rondon, vedoucí pohonu. analytik z Ursa Major, další veterán SpaceX. "Aditivní výroba nám umožňuje umístit nový design na testovací stojan, rozhodnout se pro změnu, pracovat na alternativní architektuře, vytisknout ji a dostat ji na stojan během týdnů."

Orbex 3D tiskne své rakety na stejném typu tiskárny jako Launcher AMCM M4K-4 kovová tisková platforma od EOS, která vyšla v roce 2021. Společnost také použila kovové 3D tiskárny německé společnosti SLM Solutions.

3D tisk nejen pro začínající podniky

3D tisk má ve vesmíru dlouhou historii od doby, kdy SpaceX v roce 3 představila svůj 2013D tištěný raketový motor SuperDraco.

Letecký gigant Aerojet RocketdyneAJRD
přepracovala svou rodinu raketových motorů Bantam v roce 2017 plně využívá možností aditivní výroby, které zkracují celkovou dobu návrhu a výroby z více než jednoho roku na několik měsíců a zároveň snižují náklady o přibližně 65 % ve srovnání s konvenčními výrobními metodami.

„Tyto motory, které by se normálně skládaly z více než 100 dílů, jsou vyrobeny pouze ze tří hlavních komponentů vyrobených aditivy: sestavy vstřikovače, spalovací komory a monolitického hrdla a trysky,“ říká společnost.

Rocket Lab, další průkopník komerčních vypouštění satelitů, poprvé spustil svůj lehký raketový motor Rutherford vytištěný na 3D tiskárně v roce 2017. Jeho spalovací komora, vstřikovače, čerpadla a hlavní ventily pohonné hmoty jsou vytištěny na 3D a již pořídily 27 startů, včetně té z tohoto týdne.

V úterý, Rocket Lab Motor Rutherford poháněl firemní raketu Electron z Nového Zélandu s nákladem NASA směřujícím k Měsíci.

Navzdory skutečnosti, že NASA a ostřílení veteráni startů testovali, ověřovali a začleňovali výrobu aditiv do svých programů po celá léta, dnešní komerční technologie 3D tisku a pokročilé materiály z kovových slitin dozrály tak rychle, že společnosti jako Launcher, Ursa Major a Orbex mohou získat od prototypu až po spuštění v kratším čase za méně peněz.

„Začali jsme od prvního dne navrhováním 3D tisku a využíváním možností, které nabízí,“ říká Bowels. „To nám umožnilo vybudovat interní know-how, jak optimalizovat návrhy pro 3D tisk, které pak můžeme aplikovat na nové motory, které potřebujeme vyvinout a prodat, abychom uspokojili poptávku na trhu. A tím, že už víme, jak to udělat, se můžeme dostat na trh rychleji.“