3D štampane rakete spremne za eksplodiranje

Ako ovo ljeto lansiranje Terran1 sa rta Canaveral bude uspješno, Prostor relativnosti će biti prva kompanija za proizvodnju svemirskog broda koja je u svemir poslala u potpunosti 3D štampanu raketu. Ubrzo nakon toga javio se kalifornijski start-up launcher će rasporediti svoju satelitsku platformu Orbiter koju pokreću 3D štampani raketni motori nakon što dobije poticaj u svemir od SpaceX-a.

Teško je precijeniti uticaj 3D štampanja – koji se naziva i aditivna proizvodnja – na svemirsku industriju. Nijedna druga tehnologija nije omogućila tolikom broju kompanija da uđu u ovu industriju i isporuče vozila, motore i rakete u tako kratkom vremenu uz tako niske troškove. A sada, broj start-up proizvođača raketa je spreman za procvat jer se više komercijalno dostupnih 3D štampača pokažu da ispunjavaju zadatak proizvodnje komponenti vrednih prostora.

Na primjer, avio kompanija sa sjedištem u Velikoj Britaniji Orbex nada se da će njegove 3D štampane rakete, napravljene najnovijim metalnim 3D štampačem njemačkog proizvođača EOS, poletjeti iz Škotske do kraja godine. A u SAD, mladi proizvođač raketnih motora Veliki medvjed sada prima narudžbe za svoj novi pogonski motor Arroway dizajniran da zamijeni sada nedostupne pogonske izvore ruske proizvodnje. Takođe se štampa 3D korišćenjem dostupnih metalnih 3D štampača.

„Mislim da naša kompanija ne bi postojala bez 3D štampanja“, kaže Jake Bowles, direktor napredne proizvodnje i materijala u Ursa Majoru, koji je proveo pet godina u SpaceX-u. “Naša evolucija bila je snažno vezana za postojanje i zrelost 3D štampanja.”

Ursa Major je krenuo da izbaci motor na tržište mnogo bržim tempom nego što je to bio slučaj prije, u mjesecima a ne godinama, što je bilo moguće samo prototipom i proizvodnjom pomoću 3D štampača, kaže Bowles.

Dok su Relativity Space i drugi razvili vlasničku tehnologiju 3D štampanja za svoje rakete, Bowles kaže da je korištenje novih komercijalnih 3D štampača omogućilo Ursa Majoru da drži troškove pod kontrolom i brzo ponavlja dizajn, bez potrebe da se spotiče kroz rani razvoj tehnologije potreban za domaće 3D štampače. .

„Naš tim stalno procenjuje nove kompanije za 3D štampače koje izlaze sa inovacijama jer postoji velika konkurencija za udeo na tržištu lansiranja u vazduhoplovstvo i svemir“, kaže Bouls. Prema Strategic Market Research-u, predviđa se da će globalno tržište 3D štampanja u svemiru dostići 9.27 milijardi dolara do 2030. godine.

Kompanije se utrkuju da ponude najmoćnije, najfleksibilnije i najjeftinije opcije kompanijama, kao što je AmazonAMZN
, koji žele da postave satelite u orbitu kako bi isporučili globalnu širokopojasnu vezu, snimili slike aktivnosti na Zemlji u visokoj rezoluciji, pa čak i uspostavili privatne hotele u svemirskoj stanici za ultra-bogate.

3D štampa podstiče trku za komercijalizaciju prostora

Uz aditivnu proizvodnu tehnologiju koja smanjuje troškove lansiranja za čak 95% u poređenju sa NASA-inim programom spejs šatla, otvorena su vrata za više usluga iz orbite koja pokreće žestoku konkurenciju među proizvođačima raketa. Slogan kompanije Launcher glasi kao Walmart reklama: "Bilo gdje u svemiru po najnižoj cijeni."

Skidanje miliona sa troškova postavljanja satelita nedavno je dobilo sredstva Launcher-a od američkih svemirskih snaga za dalji razvoj svog E-2 3D-štampanog, tečnog raketnog motora visokih performansi za raketu lansiranje Launcher Light, koja bi trebala letjeti 2024. godine. Svemirske snage SAD-a rekao je: "Launcherov tečni raketni motor E-2 ima potencijal da značajno smanji cijenu isporuke malih satelita u orbitu na namjenskim malim lansirnim vozilima, što je ključna sposobnost i prioritet za Svemirske snage."

Kako bi smanjio troškove i ubrzao proizvodnju, Launcher također koristi 3D štampače iz EOS-a, kao i Velo3D iz Kalifornije.

“Dijelovi turbopumpe raketnog motora obično zahtijevaju livenje, kovanje i zavarivanje,” kaže Max Haot, osnivač i izvršni direktor Launcher-a. „Alati potrebni za ove procese povećavaju troškove razvoja i smanjuju fleksibilnost između iteracija dizajna. Mogućnost 3D štampanja naše turbopumpe, uključujući rotirajuća Inconel obložena impelera, zahvaljujući Velo3D-ovoj tehnologiji nula stepeni, omogućava sada po nižoj cijeni i povećanu inovaciju kroz ponavljanje između svakog prototipa.”

Uz tradicionalne proizvodne metode za avio-svemir, uobičajeno je čuti za vremensko razdoblje od devet do 12 mjeseci i ogromne troškove alata za izradu i testiranje, nešto poput motora sa stepenastim sagorijevanjem bogatog kisikom koji se napaja pumpom, kaže Eduardo Rondon, viši propulzija analitičar u Ursa Major, još jedan veteran SpaceX-a. „Aditivna proizvodnja nam omogućava da stavimo novi dizajn na probni štand, odlučimo da napravimo promjenu, radimo na alternativnoj arhitekturi, odštampamo je i stavimo na štand za nekoliko sedmica.”

Orbex 3D štampa svoje rakete na istom tipu štampača kao Launcher, the AMCM M4K-4 Metalna štamparska platforma kompanije EOS, koja je izašla 2021. godine. Kompanija je koristila i metalne 3D štampače nemačke kompanije SLM Solutions.

3D štampa nije samo za početnike

3D štampa ima dugu istoriju u svemiru otkako je SpaceX 3. godine predstavio svoj 2013D štampan raketni motor SuperDraco.

Vazdušni gigant Aerojet RocketdyneAJRD
redizajniralo svoju porodicu raketnih motora Bantam 2017. godine u potpunosti iskoristiti mogućnosti aditivne proizvodnje koje smanjuju ukupno vrijeme dizajna i proizvodnje sa više od godinu dana na nekoliko mjeseci, dok snižavaju troškove za oko 65% u odnosu na konvencionalne metode proizvodnje.

„Ovi motori, koji bi inače bili sastavljeni od preko 100 dijelova, izgrađeni su od samo tri glavne komponente proizvedene aditivima: sklop mlaznice, komora za sagorijevanje i monolitni dio grla i mlaznice“, kažu iz kompanije.

Rocket Lab, još jedan pionir u komercijalnim lansiranjima satelita, prvi je lansirao svoj lagani 3D-štampani raketni motor, Rutherford, 2017. Njegova komora za izgaranje, injektori, pumpe i glavni pogonski ventili su svi 3D štampani i već su pokretali 27 lansiranja, uključujući i onu ove sedmice.

U utorak, Rocket Lab's Rutherfordov motor pokretao je raketu kompanije Electron sa Novog Zelanda s NASA-inim teretom za Mjesec.

Uprkos činjenici da su NASA i iskusni veterani za lansiranje godinama testirali, potvrđivali i uključivali aditivnu proizvodnju u svoje programe, današnja komercijalna tehnologija 3D štampanja i napredni materijali od metalnih legura sazreli su tako brzo da kompanije kao što su Launcher, Ursa Major i Orbex mogu dobiti od prototipa do lansiranja za manje vremena za manje novca.

„Počeli smo od prvog dana dizajniranjem oko 3D štampanja i iskorištavanjem mogućnosti koje nudi“, kaže Bowels. „Ovo nam je omogućilo da izgradimo interno znanje o tome kako optimizirati dizajn za 3D štampanje, koje onda možemo primijeniti na nove motore koje trebamo razviti i prodati kako bismo zadovoljili potražnju na tržištu. A ako već znamo kako to učiniti, možemo brže doći na tržište.”