3D-отпечатани ракети, готови за изстрелване

Ако изстрелването на Terran1 от Кейп Канаверал това лято е успешно, Космос на относителността ще бъде първата аерокосмическа производствена компания, която ще изпрати изцяло 3D отпечатана ракета в космоса. Скоро след това се обади стартираща фирма в Калифорния Launcher ще разположи своята сателитна платформа Orbiter, задвижвана от 3D отпечатани ракетни двигатели, след като получи тласък в космоса от SpaceX.

Трудно е да се надцени въздействието, което 3D принтирането – наричано още адитивно производство – оказва върху космическата индустрия. Никоя друга технология не е позволила на толкова много компании да навлязат в тази индустрия и да доставят превозни средства, двигатели и ракети за толкова кратко време на толкова ниски разходи. И сега, броят на стартиращите производители на ракети е готов да процъфтява, тъй като все по-достъпните в търговската мрежа 3D принтери се оказват справящи се със задачата да произвеждат компоненти, достойни за използване в космоса.

Например базирана в Обединеното кралство аерокосмическа компания Orbex се надява неговите 3D отпечатани ракети, направени с най-новия метален 3D принтер от немския производител EOS, да излетят от Шотландия до края на годината. И в САЩ, млад производител на ракетни двигатели Голямата мечка сега приема поръчки за своя нов задвижващ двигател Arroway, предназначен да измести вече недостъпните руски задвижващи източници. Освен това е 3D отпечатан с помощта на налични метални 3D принтери.

„Не мисля, че нашата компания би съществувала без 3D принтиране“, казва Джейк Боулс, директор за съвременно производство и материали в Ursa Major, който е прекарал пет години в SpaceX. „Нашата еволюция беше тясно свързана със съществуването и зрелостта на 3D принтирането.“

Ursa Major се зае да пусне двигател на пазара с много по-бързо темпо, отколкото беше правено преди, за месеци, а не за години, което беше възможно само чрез прототипиране и производство с 3D принтери, казва Боулс.

Докато Relativity Space и други са разработили собствена технология за 3D печат за своите ракети, Bowles казва, че използването на нови комерсиални 3D принтери е позволило на Ursa Major да държи разходите под контрол и да повтаря дизайна бързо, без да се налага да се препъва в ранното технологично развитие, което се изисква с домашните 3D принтери .

„Нашият екип непрекъснато оценява нови компании за 3D принтери, които излизат с иновации, тъй като има много конкуренция за дял от аерокосмическия и космическия пазар за изстрелване“, казва Боулс. Глобалният размер на пазара на аерокосмически 3D печат се очаква да достигне 9.27 милиарда долара до 2030 г., според Strategic Market Research.

Компаниите се надпреварват да предложат най-мощните, най-гъвкавите и най-евтините опции на компании като AmazonAMZN
, които се стремят да пуснат сателити в орбита, за да осигурят глобален широколентов достъп, да заснемат изображения с висока разделителна способност на дейността на земята и дори да създадат хотели за частни космически станции за свръхбогатите.

3D принтирането подхранва надпреварата за комерсиализация на космоса

С технологията за адитивно производство, която намалява разходите за изстрелване с до 95% в сравнение с програмата за космически совалки на НАСА, вратата е отворена за повече услуги от орбита, което води до силна конкуренция сред производителите на ракети. Лозунгът на компанията Launcher гласи като реклама на Walmart: „Навсякъде в космоса на най-ниската цена“.

Отрязването на милиони от разходите за разполагане на сателити наскоро събра финансиране за Launcher от Космическите сили на САЩ за по-нататъшно развитие на своя E-2, отпечатан с 3D печат, високопроизводителен течен ракетен двигател за ракетата носител Launcher Light, планирана да лети през 2024 г. Космически сили на САЩ каза: „Ракетният двигател с течност E-2 на Launcher има потенциала да намали значително цената за доставяне на малки сателити в орбита на специални малки ракети-носители, което е ключова способност и приоритет за космическите сили.“

За да намали разходите и да ускори производството, Launcher използва и 3D принтери от EOS, както и базирания в Калифорния Velo3D.

„Турбопомпените части на ракетните двигатели обикновено изискват леене, коване и заваряване“, казва Макс Хаот, основател и главен изпълнителен директор на Launcher. „Инструментите, необходими за тези процеси, увеличават разходите за разработка и намаляват гъвкавостта между итерациите на дизайна. Възможността за 3D отпечатване на нашата турбопомпа, включително въртящи се работни колела от Inconel, благодарение на технологията за нула градуса на Velo3D, сега го прави възможно на по-ниска цена и увеличена иновация чрез итерация между всеки прототип.“

С традиционните производствени методи за космическата промишленост е обичайно да се чува за срокове за изпълнение от девет до 12 месеца и огромни разходи за инструменти за изграждане и тестване, нещо като двигател с помпено захранване с поетапно горене, богат на кислород, казва Едуардо Рондон, старши специалист по задвижване анализатор в Ursa Major, друг ветеран от SpaceX. „Адитивното производство ни позволява да поставим нов дизайн на тестовия стенд, да решим да направим промяна, да работим върху алтернативна архитектура, да го отпечатаме и да го поставим на стенда след седмици.“

Orbex 3D отпечатва своите ракети на същия тип принтер като Launcher, the AMCM M4K-4 платформа за метален печат от EOS, която излезе през 2021 г. Компанията е използвала и метални 3D принтери от немската компания SLM Solutions.

3D печат не само за стартиращи фирми

3D принтирането има дълга история в космоса, откакто SpaceX представи своя 3D отпечатан ракетен двигател SuperDraco през 2013 г.

Аерокосмическият гигант Aerojet RocketdyneAJRD
преработи своето семейство ракетни двигатели Bantam през 2017 г., като се възползва напълно от възможностите за адитивно производство, които намаляват общото време за проектиране и производство от повече от година до няколко месеца, като същевременно намаляват разходите с около 65% в сравнение с конвенционалните методи на производство.

„Тези двигатели, които обикновено се състоят от над 100 части, са изградени само от три основни компонента, произведени с добавки: инжекторен възел, горивна камера и монолитно гърло и секция на дюзите“, казва компанията.

Rocket Lab, друг пионер в комерсиалните изстрелвания на сателити, за първи път изстреля своя лек 3D отпечатан ракетен двигател Rutherford през 2017 г. Неговата горивна камера, инжектори, помпи и главни пропелантни клапани са 3D отпечатани и вече са задвижвали 27 изстрелвания, включително този тази седмица.

Във вторник, Ракетна лаборатория Двигателят Ръдърфорд задвижваше ракетата Electron на компанията от Нова Зеландия с полезен товар на НАСА, насочен към Луната.

Въпреки факта, че НАСА и опитни ветерани в изстрелването са тествали, валидирали и включили адитивно производство в своите програми от години, днешната комерсиална технология за 3D печат и усъвършенствани материали от метални сплави са узрели толкова бързо, че компании като Launcher, Ursa Major и Orbex могат да получат от прототип до стартиране за по-малко време за по-малко пари.

„Започнахме от първия ден, като проектирахме около 3D печат и се възползвахме от възможностите, които предлага“, казва Боуълс. „Това ни позволи да изградим вътрешно ноу-хау как да оптимизираме дизайни за 3D печат, които след това можем да приложим към нови двигатели, които трябва да разработим и продадем, за да отговорим на пазарното търсене. И като вече знаем как да направим това, можем да стигнем до пазара по-бързо.“