3D drukātas raķetes sāk spridzināt

Ja šīs vasaras Terran1 palaišana no Kanaveralas raga ir veiksmīga, Relativitātes telpa būs pirmais kosmosa ražošanas uzņēmums, kas kosmosā nosūtīs pilnībā 3D drukātu raķeti. Drīz pēc tam piezvanīja kāds Kalifornijas jaunuzņēmums granātmetējs izvietos savu Orbiter satelīta platformu, ko darbina 3D drukāti raķešu dzinēji pēc tam, kad SpaceX būs pacēlies kosmosā.

Ir grūti pārvērtēt 3D drukāšanas, ko sauc arī par piedevu ražošanu, ietekmi uz kosmosa nozari. Neviena cita tehnoloģija nav ļāvusi tik daudziem uzņēmumiem ienākt šajā nozarē un piegādāt transportlīdzekļus, dzinējus un raķetes tik īsā laikā par tik zemām izmaksām. Un tagad jaunu raķešu ražotāju skaits ir gatavs uzplaukumam, jo ​​arvien vairāk komerciāli pieejamu 3D printeru pierāda kosmosa cienīgu komponentu izdošanu.

Piemēram, Apvienotajā Karalistē bāzēta kosmosa kompānija Orbex cer, ka tās 3D drukātās raķetes, kas izgatavotas ar jaunāko metāla 3D printeri no Vācijas ražotāja EOS, līdz gada beigām izlidos no Skotijas. Un ASV jauns raķešu dzinēju ražotājs Urša majors tagad pieņem pasūtījumus savam jaunajam Arroway piedziņas dzinējam, kas paredzēts, lai izspiestu pašlaik nepieejamos Krievijā ražotos piedziņas avotus. Tas ir arī 3D drukāts, izmantojot pieejamos metāla 3D printerus.

"Es nedomāju, ka mūsu uzņēmums pastāvētu bez 3D drukāšanas," saka Džeiks Boulss, Ursa Major progresīvās ražošanas un materiālu direktors, kurš piecus gadus pavadīja SpaceX. "Mūsu evolūcija bija cieši saistīta ar 3D drukāšanas esamību un briedumu."

Ursa Major plānoja laist tirgū dzinēju daudz ātrāk, nekā tas bija darīts iepriekš, mēnešos, nevis gados, kas bija iespējams tikai prototipējot un ražojot ar 3D printeriem, saka Boulss.

Lai gan Relativity Space un citi ir izstrādājuši patentētu 3D drukāšanas tehnoloģiju savām raķetēm, Boulss saka, ka jaunu komerciālo 3D printeru izmantošana ļāva Ursa Major kontrolēt izmaksas un ātri pielāgot dizainu, nepaklūstot cauri agrīnajai tehnoloģiju attīstībai, kas nepieciešama ar pašmāju 3D printeriem. .

"Mūsu komanda pastāvīgi izvērtē jaunus 3D printeru uzņēmumus, kas nāk klajā ar inovācijām, jo ​​pastāv liela konkurence par daļu aviācijas un kosmosa palaišanas tirgū," saka Boulss. Tiek prognozēts, ka globālais aviācijas un kosmosa 3D drukas tirgus apjoms līdz 9.27. gadam sasniegs 2030 miljardus ASV dolāru, liecina Stratēģiskās tirgus izpētes dati.

Uzņēmumi sacenšas, lai piedāvātu jaudīgākās, elastīgākās un lētākās iespējas uzņēmumiem, piemēram, AmazonAMZN
, kas vēlas nogādāt orbītā satelītus, lai nodrošinātu globālu platjoslu, uzņemtu augstas izšķirtspējas attēlus par aktivitātēm uz Zemes un pat izveidotu privātas kosmosa staciju viesnīcas īpaši bagātajiem.

3D drukāšana veicina kosmosa komercializāciju

Tā kā piedevu ražošanas tehnoloģija samazina palaišanas izmaksas pat par 95%, salīdzinot ar NASA kosmosa kuģu programmu, durvis ir atvērtas vairākiem pakalpojumiem no orbītas, kas rada sīvu konkurenci starp raķešu ražotājiem. Launcher uzņēmuma sauklis skan kā Walmart reklāma: "Jebkur kosmosā par zemākajām izmaksām."

Atmaksājot miljonus no pavadoņu izvietošanas izmaksām, nesen tika iegūts ASV Kosmosa spēku finansējums Launcher, lai turpinātu izstrādāt 2D drukāto augstas veiktspējas šķidro raķešu dzinēju E-3 nesējraķetei Launcher Light, kuru paredzēts veikt 2024. gadā. ASV Kosmosa spēki "Panesēja E-2 šķidro raķešu dzinējam ir potenciāls ievērojami samazināt cenu, lai orbītā nogādātu mazus satelītus īpašās mazās nesējraķetēs, kas ir Kosmosa spēku galvenā spēja un prioritāte."

Lai samazinātu izmaksas un paātrinātu ražošanu, Launcher izmanto arī EOS 3D printerus, kā arī Kalifornijā bāzētu Velo3D.

"Raķešu dzinēju turbopumpu daļām parasti ir nepieciešama liešana, kalšana un metināšana," saka Makss Haots, Launcher dibinātājs un izpilddirektors. "Šiem procesiem nepieciešamie instrumenti palielina izstrādes izmaksas un samazina elastību starp projektēšanas iterācijām. Pateicoties Velo3D nulles pakāpes tehnoloģijai, spēja drukāt 3D mūsu turbopumpu, tostarp rotējošos Inconel apvalkotos lāpstiņriteņus, tagad to padara iespējamu par zemākām izmaksām un palielinātu inovāciju, veicot iterāciju starp katru prototipu.

Izmantojot tradicionālās aviācijas un kosmosa ražošanas metodes, ir ierasts dzirdēt par deviņu līdz 12 mēnešu sagatavošanās laiku un milzīgiem izdevumiem, lai izveidotu un pārbaudītu instrumentus, piemēram, ar sūkni darbināmu, ar skābekli bagātinātu pakāpeniskas iekšdedzes dzinēju, saka Eduardo Rondons, vecākais dzinējspēks. Ursa Major analītiķis, vēl viens SpaceX veterāns. “Piedevu ražošana ļauj mums testēšanas stendā ievietot jaunu dizainu, izlemt veikt izmaiņas, strādāt pie alternatīvas arhitektūras, izdrukāt to un pēc dažām nedēļām nogādāt stendā.”

Orbex 3D drukā savas raķetes ar tāda paša veida printeri kā Launcher AMCM M4K-4 metāla drukas platforma no EOS, kas iznāca 2021. gadā. Uzņēmums izmantojis arī metāla 3D printerus no Vācijas uzņēmuma SLM Solutions.

3D drukāšana ne tikai jaunizveidotiem uzņēmumiem

3D drukāšanai ir gara vēsture kosmosā, kopš SpaceX 3. gadā atklāja savu 2013D drukāto SuperDraco raķešu dzinēju.

Kosmosa gigants Aerojet RocketdyneAJRD
gadā pārveidotā Bantam raķešu dzinēju saime pilnībā izmanto piedevu ražošanas iespējas, kas samazina kopējo projektēšanas un ražošanas laiku no vairāk nekā gada līdz pāris mēnešiem, vienlaikus samazinot izmaksas par aptuveni 2017% salīdzinājumā ar tradicionālajām ražošanas metodēm.

"Šie dzinēji, kas parasti sastāvētu no vairāk nekā 100 daļām, ir izgatavoti tikai no trim galvenajām sastāvdaļām, kas ražotas ar piedevām: inžektora bloks, sadegšanas kamera un monolīta rīkles un sprauslu sadaļa," norāda uzņēmums.

Rocket Lab, vēl viens komerciālo satelītu palaišanas pionieris, pirmo reizi palaida savu vieglo 3D drukāto raķešu dzinēju Rutherford 2017. gadā. Tās sadegšanas kamera, inžektori, sūkņi un galvenie propelenta vārsti ir drukāti 3D formātā, un tie jau ir veikuši 27 palaišanas darbus. ieskaitot šonedēļ.

Otrdien, Raķešu laboratorija Rutherford dzinējs darbināja uzņēmuma Electron raķeti no Jaunzēlandes ar NASA kravnesību, kas devās uz Mēnesi.

Neskatoties uz to, ka NASA un pieredzējuši palaišanas veterāni gadiem ilgi ir pārbaudījuši, apstiprinājuši un savās programmās iekļāvuši piedevu ražošanu, mūsdienu komerciālās 3D drukāšanas tehnoloģija un uzlabotie metālu sakausējumu materiāli ir tik ātri nobrieduši, ka tādi uzņēmumi kā Launcher, Ursa Major un Orbex var iegūt no prototipa līdz palaišanai īsākā laikā par mazāku naudu.

"Mēs sākām no pirmās dienas, izstrādājot 3D drukāšanu un izmantojām tās piedāvātās iespējas," saka Bovels. “Tas ir ļāvis mums izveidot iekšējo zinātību par to, kā optimizēt dizainu 3D drukāšanai, ko pēc tam varam pielietot jauniem dzinējiem, kas mums ir jāizstrādā un jāpārdod, lai apmierinātu tirgus pieprasījumu. Un, jau zinot, kā to izdarīt, mēs varam ātrāk nokļūt tirgū.