3D ispisane rakete spremne za poletanje

Ako ovo ljeto lansiranje Terran1 iz Cape Canaverala bude uspješno, Prostor relativnosti bit će prva tvrtka za proizvodnju zrakoplova koja će u svemir poslati potpuno 3D tiskanu raketu. Ubrzo nakon toga javio se startup iz Kalifornije uređaj za lansiranje će postaviti svoju satelitsku platformu Orbiter koju pokreću 3D ispisani raketni motori nakon što je SpaceX poletio u svemir.

Teško je precijeniti utjecaj koji je 3D ispis – koji se naziva i aditivna proizvodnja – imao na svemirsku industriju. Nijedna druga tehnologija nije omogućila tolikom broju tvrtki da uđu u ovu industriju i isporuče vozila, motore i rakete u tako kratkom vremenu po tako niskim troškovima. A sada, broj novih proizvođača raketa je spreman procvjetati jer se sve više komercijalno dostupnih 3D pisača pokazuje sposobnima za izradu komponenti vrijednih svemira.

Na primjer, zrakoplovna tvrtka sa sjedištem u Velikoj Britaniji Orbex nada se da će njegove 3D tiskane rakete, izrađene najnovijim metalnim 3D printerom njemačkog proizvođača EOS, poletjeti iz Škotske do kraja godine. A u SAD-u, mladi proizvođač raketnih motora Veliki medvjed sada prima narudžbe za svoj novi pogonski motor Arroway dizajniran da zamijeni sada nedostupne izvore pogona ruske proizvodnje. Također je 3D ispisan pomoću dostupnih metalnih 3D pisača.

"Mislim da naša tvrtka ne bi postojala bez 3D ispisa", kaže Jake Bowles, direktor napredne proizvodnje i materijala u Ursa Majoru, koji je proveo pet godina u SpaceX-u. "Naša evolucija bila je snažno povezana s postojanjem i zrelošću 3D ispisa."

Ursa Major je krenuo u izbacivanje motora na tržište mnogo bržim tempom nego što je to bio slučaj prije, u mjesecima, a ne godinama, što je bilo moguće samo izradom prototipa i proizvodnjom s 3D pisačima, kaže Bowles.

Dok su Relativity Space i drugi razvili vlasničku tehnologiju 3D ispisa za svoje rakete, Bowles kaže da je korištenje novih komercijalnih 3D pisača omogućilo Ursa Majoru da drži troškove pod kontrolom i brzo ponavlja dizajne, bez potrebe za posrtanjem kroz rani razvoj tehnologije potreban za domaće 3D pisače .

“Naš tim neprestano procjenjuje nove tvrtke za 3D pisače koje izlaze s inovacijama jer postoji velika konkurencija za udio na tržištu zrakoplovstva i lansiranja u svemir”, kaže Bowles. Predviđa se da će globalno tržište 3D ispisa u zrakoplovstvu doseći 9.27 milijardi dolara do 2030. godine, prema Strategic Market Researchu.

Kompanije se utrkuju u ponudi najmoćnijih, najfleksibilnijih i najjeftinijih opcija tvrtkama, kao što je AmazonAMZN
, koji žele postaviti satelite u orbitu kako bi isporučili globalnu širokopojasnu vezu, snimili slike visoke razlučivosti aktivnosti na zemlji, pa čak i uspostavili privatne hotele za svemirske postaje za ultra-bogate.

3D ispis potiče utrku za komercijalizacijom prostora

S aditivnom proizvodnom tehnologijom koja smanjuje troškove lansiranja za čak 95% u usporedbi s NASA-inim programom space shuttlea, vrata su otvorena za više usluga iz orbite što dovodi do oštre konkurencije među proizvođačima raketa. Slogan tvrtke Launcher glasi kao Walmart oglas: "Bilo gdje u svemiru po najnižoj cijeni."

Odbijanjem milijuna od troškova postavljanja satelita nedavno je prikupljeno financiranje Launchera od Američkih svemirskih snaga za daljnji razvoj E-2 3D tiskanog, visokoučinkovitog raketnog motora na tekućinu za lansirno vozilo Launcher Light, koje bi trebalo letjeti 2024. Američke svemirske snage je rekao: "Launcherov E-2 raketni motor na tekuće gorivo ima potencijal značajno smanjiti cijenu za isporuku 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 pisače tvrtke EOS kao i kalifornijski Velo3D.

"Dijelovi turbopumpe raketnog motora obično zahtijevaju lijevanje, kovanje i zavarivanje", kaže Max Haot, osnivač i izvršni direktor tvrtke Launcher. “Alati potrebni za te procese povećavaju troškove razvoja i smanjuju fleksibilnost između iteracija dizajna. Sposobnost 3D ispisa naše turbopumpe, uključujući rotirajuće Inconel omotane rotore, zahvaljujući Velo3D tehnologiji nultog stupnja, sada to čini mogućim po nižoj cijeni i većoj inovativnosti kroz ponavljanje između svakog prototipa.”

S tradicionalnim proizvodnim metodama za zrakoplovstvo, uobičajeno je čuti o vremenu od devet do 12 mjeseci i ogromnim troškovima alata za izradu i testiranje, nešto poput motora s postupnim izgaranjem bogatog kisikom, kaže Eduardo Rondon, stariji pogonski inženjer analitičar u Ursa Major, još jedan veteran SpaceX-a. "Dodatna proizvodnja omogućuje nam da stavimo novi dizajn na testni štand, odlučimo napraviti promjenu, radimo na alternativnoj arhitekturi, ispišemo ga i stavimo na štand za nekoliko tjedana."

Orbex 3D ispisuje svoje rakete na istom tipu pisača kao i Launcher AMCM M4K-4 metalna platforma za ispis tvrtke EOS, koja je izašla 2021. Tvrtka je također koristila metalne 3D pisače njemačke tvrtke SLM Solutions.

3D ispis nije samo za novoosnovana poduzeća

3D printanje ima dugu povijest u svemiru otkako je SpaceX 3. godine predstavio svoj 2013D printani raketni motor SuperDraco.

Zrakoplovni div Aerojet RocketdyneAJRD
redizajnirao svoju obitelj raketnih motora Bantam 2017. u potpunosti iskoristiti mogućnosti aditivne proizvodnje koje skraćuju ukupno vrijeme dizajna i proizvodnje s više od godinu dana na nekoliko mjeseci, dok smanjuju troškove za oko 65% u usporedbi s konvencionalnim metodama proizvodnje.

"Ovi motori, koji bi inače bili sastavljeni od više od 100 dijelova, izgrađeni su od samo tri glavne komponente proizvedene aditivima: sklop brizgaljke, komora za izgaranje i monolitni dio grla i mlaznice", kažu u tvrtki.

Rocket Lab, još jedan pionir u komercijalnim lansiranjima satelita, prvi je lansirao svoj lagani 3D tiskani raketni motor, Rutherford, 2017. Njegova komora za izgaranje, brizgaljke, pumpe i glavni pogonski ventili ispisani su 3D i već su pokretali 27 lansiranja, uključujući i ovaj ovaj tjedan.

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

Unatoč činjenici da su NASA i iskusni veterani lansiranja godinama testirali, potvrdili i uključili aditivnu proizvodnju u svoje programe, današnja komercijalna tehnologija 3D ispisa i napredni materijali od metalnih legura toliko su brzo sazreli da tvrtke poput Launchera, Ursa Majora i Orbexa mogu dobiti od prototipa do lansiranja u kraćem vremenu za manje novca.

"Počeli smo od prvog dana s projektiranjem oko 3D ispisa i iskorištavanjem mogućnosti koje ono nudi", kaže Bowels. „Ovo nam je omogućilo da izgradimo interno znanje i iskustvo o tome kako optimizirati dizajne za 3D ispis, koje potom 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.”