3D spausdintos raketos sprogo

Jei šios vasaros „Terran1“ paleidimas iš Kanaveralo kyšulio bus sėkmingas, Reliatyvumo erdvė bus pirmoji aviacijos ir kosmoso gamybos įmonė, kuri į kosmosą išsiųs visiškai 3D spausdintą raketą. Netrukus po to paskambino Kalifornijos startuolis paleidimo įdiegs savo palydovinę platformą „Orbiter“, maitinamą 3D atspausdintais raketų varikliais, po to, kai „SpaceX“ patrauks į kosmosą.

Sunku pervertinti 3D spausdinimo, dar vadinamo priedų gamyba, poveikį kosmoso pramonei. Jokia kita technologija neleido tiek daug įmonių patekti į šią pramonės šaką ir tiekti transporto priemones, variklius ir raketas per tokį trumpą laiką tokiomis mažomis sąnaudomis. Ir dabar pradedančiųjų raketų gamintojų skaičius sparčiai augs, nes vis daugiau komerciškai prieinamų 3D spausdintuvų sugeba išgauti kosmoso tinkamus komponentus.

Pavyzdžiui, JK įsikūrusi aviacijos ir kosmoso įmonė Orbex tikisi, kad 3D spausdintos raketos, pagamintos naudojant naujausią metalinį 3D spausdintuvą iš Vokietijos gamintojo EOS, iki metų pabaigos išskris iš Škotijos. O JAV – jaunas raketų variklių gamintojas Ursa majoras dabar priima savo naujojo Arroway varomojo variklio užsakymus, skirtus išstumti dabar nepasiekiamus Rusijoje pagamintus varomuosius šaltinius. Jis taip pat spausdinamas 3D naudojant turimus metalinius 3D spausdintuvus.

„Nemanau, kad mūsų įmonė egzistuotų be 3D spausdinimo“, – sako Jake'as Bowlesas, „Ursa Major“ pažangios gamybos ir medžiagų direktorius, penkerius metus praleidęs „SpaceX“. „Mūsų evoliucija buvo stipriai susijusi su 3D spausdinimo egzistavimu ir branda.

„Ursa Major“ siekė tiekti variklį į rinką daug greičiau, nei tai buvo daroma anksčiau, per mėnesius, o ne metus, o tai buvo įmanoma tik kuriant prototipus ir gaminant 3D spausdintuvais, sako Bowlesas.

Nors „Relativity Space“ ir kiti sukūrė patentuotą 3D spausdinimo technologiją savo raketoms, Bowlesas teigia, kad naudojant naujus komercinius 3D spausdintuvus Ursa Major galėjo kontroliuoti išlaidas ir greitai kartoti dizainą, nereikalaujant ankstyvos technologijos plėtros, reikalingos naudojant vietinius 3D spausdintuvus. .

„Mūsų komanda nuolat vertina naujas 3D spausdintuvų įmones, kurios pristato naujoves, nes dėl aviacijos ir kosmoso paleidimo rinkos yra didelė konkurencija“, – sako Bowlesas. Remiantis Strateginių rinkos tyrimų duomenimis, pasaulinė aviacijos ir erdvėlaivio 3D spausdinimo rinkos dydis iki 9.27 m. pasieks 2030 mlrd.

Įmonės lenktyniauja, siekdamos pasiūlyti galingiausias, lanksčiausias ir pigiausias galimybes įmonėms, tokioms kaip „Amazon“.AMZN
, kurios nori iškelti palydovus į orbitą, kad būtų užtikrintas pasaulinis plačiajuostis ryšys, užfiksuotų didelės raiškos žemėje vykstančios veiklos vaizdus ir netgi įkurtų privačių kosminių stočių viešbučius itin turtingiems žmonėms.

3D spausdinimas skatina kosmoso komercializavimo lenktynes

Pritaikius priedų gamybos technologiją, paleidimo sąnaudas sumažinus net 95%, palyginti su NASA erdvėlaivių programa, durys yra atviros daugiau paslaugų, kylančių iš orbitos, skatinančios didelę konkurenciją tarp raketų gamintojų. „Launcher“ įmonės šūkis skamba kaip „Walmart“ reklama: „Bet kur erdvėje už mažiausią kainą“.

Atskirdama milijonus nuo palydovų dislokavimo išlaidų, neseniai JAV kosmoso pajėgos gavo paleidimo finansavimą, kad galėtų toliau tobulinti E-2 3D spausdintą, didelio našumo skystųjų raketų variklį, skirtą nešančiosiajai raketai Launcher Light, kurią planuojama skristi 2024 m. JAV kosminės pajėgos. „Paleidimo priemonės E-2 skystųjų raketų variklis gali žymiai sumažinti mažų palydovų pristatymo į orbitą specialiose mažose nešančiosiose raketose kainą, o tai yra pagrindinė kosminių pajėgų galimybė ir prioritetas.

Siekdama sumažinti išlaidas ir pagreitinti gamybą, Launcher taip pat naudoja 3D spausdintuvus iš EOS ir Kalifornijoje įsikūrusio Velo3D.

„Raketų variklių turbosiurblio dalims paprastai reikia lieti, kalti ir suvirinti“, – sako Maxas Haotas, „Launcher“ įkūrėjas ir generalinis direktorius. „Šiems procesams reikalingi įrankiai padidina kūrimo išlaidas ir sumažina lankstumą tarp projektavimo iteracijų. Galimybė spausdinti 3D mūsų turbopompą, įskaitant besisukančius Inconel gaubtus sparnuotės, dėka Velo3D nulinio laipsnio technologijos, dabar tai įmanoma mažesnėmis sąnaudomis ir padidintomis naujovėmis, kartojant kiekvieną prototipą.

Taikant tradicinius aviacijos ir kosmoso gamybos metodus, įprasta girdėti apie devynių–dvylikos mėnesių pristatymo laiką ir milžiniškas išlaidas gaminant ir išbandant įrankius, panašius į siurbliu maitinamą deguonies prisotintą pakopinio degimo variklį, sako Eduardo Rondonas, vyresnysis varomoji jėgainė. „Ursa Major“ analitikas, kitas „SpaceX“ veteranas. „Priedų gamyba leidžia mums įdėti naują dizainą ant bandymų stendo, nuspręsti atlikti pakeitimus, sukurti alternatyvią architektūrą, ją atspausdinti ir po kelių savaičių pateikti ant stendo.

„Orbex 3D“ spausdina savo raketas to paties tipo spausdintuvu, kaip ir „Launcher“. AMCM M4K-4 2021 metais pasirodžiusi metalo spausdinimo platforma iš EOS. Bendrovė taip pat naudojo metalinius 3D spausdintuvus iš Vokietijos įmonės SLM Solutions.

3D spausdinimas ne tik pradedantiesiems

3D spausdinimas kosmose turi ilgą istoriją nuo tada, kai SpaceX 3 metais pristatė 2013D spausdintą raketų variklį SuperDraco.

Aviacijos milžinė „Aerojet Rocketdyne“.AJRD
2017 m. pertvarkė savo Bantam raketų variklių šeimą, kad visiškai išnaudotų priedų gamybos galimybes, kurios sumažina bendrą projektavimo ir gamybos laiką nuo daugiau nei metų iki kelių mėnesių, o sąnaudas sumažina maždaug 65%, palyginti su įprastiniais gamybos metodais.

„Šie varikliai, kuriuos paprastai sudarytų daugiau nei 100 dalių, yra pagaminti tik iš trijų pagrindinių komponentų, pagamintų naudojant priedus: purkštuko mazgo, degimo kameros ir monolitinės gerklės bei purkštukų dalies“, – teigia bendrovė.

„Rocket Lab“, kita komercinių palydovų paleidimo pradininkė, pirmą kartą paleido savo lengvą 3D spausdintą raketų variklį „Rutherford“ 2017 m. Jo degimo kamera, purkštukai, siurbliai ir pagrindiniai raketinio kuro vožtuvai yra atspausdinti 3D formatu ir jau 27 paleidimai. įskaitant šią savaitę.

Antradienį, Raketų laboratorija Rutherfordo variklis varė bendrovės Electron raketą iš Naujosios Zelandijos su NASA kroviniu, skriejančiu į Mėnulį.

Nepaisant to, kad NASA ir patyrę paleidimo veteranai daugelį metų išbandė, patvirtino ir įtraukė priedų gamybą į savo programas, šiandieninė komercinė 3D spausdinimo technologija ir pažangios metalo lydinių medžiagos subrendo taip greitai, kad tokios įmonės kaip Launcher, Ursa Major ir Orbex gali gauti nuo prototipo iki paleidimo per trumpesnį laiką už mažiau pinigų.

„Nuo pirmos dienos pradėjome kurti apie 3D spausdinimą ir pasinaudojome jo teikiamomis galimybėmis“, – sako Bowelsas. „Tai leido mums įgyti vidinių žinių apie tai, kaip optimizuoti 3D spausdinimo dizainą, kurį vėliau galime pritaikyti naujiems varikliams, kuriuos turime sukurti ir parduoti, kad patenkintume rinkos paklausą. Ir jau žinodami, kaip tai padaryti, galime greičiau patekti į rinką.