Напечатанные на 3D-принтере ракеты готовы к запуску

Если запуск Terran1 этим летом с мыса Канаверал будет успешным, Пространство относительности станет первой аэрокосмической производственной компанией, которая отправит в космос полностью напечатанную на 3D-принтере ракету. Вскоре после этого калифорнийский стартап под названием гранатомет развернет свою спутниковую платформу Orbiter, оснащенную ракетными двигателями, напечатанными на 3D-принтере, после запуска в космос с помощью SpaceX.

Трудно переоценить влияние 3D-печати, также называемой аддитивным производством, на космическую отрасль. Никакая другая технология не позволила такому количеству компаний войти в эту отрасль и поставлять транспортные средства, двигатели и ракеты в столь короткие сроки по таким низким ценам. И теперь количество начинающих производителей ракет готово к резкому увеличению, поскольку все больше коммерчески доступных 3D-принтеров доказывают, что они справляются с задачей штамповки компонентов, достойных космоса.

Например, британская аэрокосмическая компания Orbex надеется, что ее 3D-печатные ракеты, изготовленные с помощью новейшего металлического 3D-принтера немецкого производителя EOS, стартуют из Шотландии к концу года. А в США молодой производитель ракетных двигателей Большая Медведица принимает заказы на свой новый силовой двигатель Arroway, предназначенный для замены ныне недоступных силовых установок российского производства. Это также 3D-печать с использованием доступных металлических 3D-принтеров.

«Я не думаю, что наша компания существовала бы без 3D-печати», — говорит Джейк Боулз, директор по передовому производству и материалам в Ursa Major, проработавший пять лет в SpaceX. «Наша эволюция была тесно связана с существованием и зрелостью 3D-печати».

По словам Боулза, Ursa Major намеревалась вывести двигатель на рынок гораздо быстрее, чем это делалось раньше, за месяцы, а не за годы, что было возможно только путем прототипирования и производства с помощью 3D-принтеров.

В то время как Relativity Space и другие компании разработали запатентованную технологию 3D-печати для своих ракет, Боулз говорит, что использование новых коммерческих 3D-принтеров позволило Большой Медведице контролировать расходы и быстро выполнять итерации проектов, не спотыкаясь о ранние разработки технологий, необходимые для отечественных 3D-принтеров. .

«Наша команда постоянно оценивает новые компании, производящие 3D-принтеры, которые предлагают инновации, потому что существует большая конкуренция за долю на рынке аэрокосмических и космических запусков», — говорит Боулз. Согласно прогнозам Strategic Market Research, объем мирового рынка аэрокосмической 3D-печати к 9.27 году достигнет 2030 млрд долларов.

Компании стремятся предложить самые мощные, самые гибкие и самые дешевые варианты таким компаниям, как Amazon.AMZN
, которые планируют вывести на орбиту спутники, чтобы обеспечить глобальную широкополосную связь, снимать изображения с высоким разрешением, происходящие на Земле, и даже строить частные отели на космических станциях для сверхбогатых людей.

3D-печать подпитывает гонку за коммерциализацию космоса

Поскольку технология аддитивного производства снижает затраты на запуск на целых 95% по сравнению с программой космических челноков НАСА, открывается дверь для большего количества услуг с орбиты, что ведет к жесткой конкуренции среди производителей ракет. Слоган компании Launcher звучит как реклама Walmart: «Везде в космосе по самой низкой цене».

Сэкономив миллионы на стоимости развертывания спутников, компания Launcher недавно получила финансирование от Космических сил США для дальнейшей разработки высокопроизводительного жидкостного ракетного двигателя E-2, напечатанного на 3D-принтере, для ракеты-носителя Launcher Light, запуск которой запланирован на 2024 год. Космические силы США сказал: «Жидкостный ракетный двигатель E-2 Launcher может значительно снизить стоимость доставки малых спутников на орбиту на специальных малых ракетах-носителях, что является ключевой возможностью и приоритетом для космических сил».

Чтобы сократить расходы и ускорить производство, Launcher также использует 3D-принтеры от EOS, а также от калифорнийской компании Velo3D.

«Детали турбонасоса ракетного двигателя обычно требуют литья, ковки и сварки, — говорит Макс Хаот, основатель и генеральный директор Launcher. «Инструменты, необходимые для этих процессов, увеличивают стоимость разработки и снижают гибкость между итерациями проектирования. Возможность 3D-печати нашего турбонасоса, включая вращающиеся рабочие колеса с кожухом из инконеля, благодаря технологии Velo3D с нулевым градусом, делает это возможным уже сейчас с меньшими затратами и более инновационными за счет итерации между каждым прототипом».

По словам Эдуардо Рондона, старшего специалиста по силовым установкам, при традиционных методах производства для аэрокосмической отрасли время выполнения заказа составляет от 12 до XNUMX месяцев, а также огромные затраты на инструменты для сборки и испытаний, что-то вроде многоступенчатого двигателя внутреннего сгорания, обогащенного кислородом. аналитик из Ursa Major, еще один ветеран SpaceX. «Аддитивное производство позволяет нам разместить новый дизайн на испытательном стенде, принять решение о внесении изменений, работать над альтернативной архитектурой, распечатать его и получить на стенде в течение нескольких недель».

Orbex 3D печатает свои ракеты на том же типе принтера, что и Launcher. АМСМ М4К-4 Платформа для печати металлом от EOS, которая вышла в 2021 году. Компания также использовала металлические 3D-принтеры немецкой компании SLM Solutions.

3D-печать не только для стартапов

3D-печать имеет долгую историю в космосе с тех пор, как SpaceX представила свой ракетный двигатель SuperDraco, напечатанный на 3D-принтере, в 2013 году.

Аэрокосмический гигант Aerojet RocketdyneАЖД
модернизировала семейство ракетных двигателей Bantam в 2017 году, чтобы в полной мере воспользоваться возможностями аддитивного производства, которые сокращают общее время проектирования и производства с более чем года до пары месяцев, при этом снижая стоимость примерно на 65% по сравнению с традиционными методами производства.

«Эти двигатели, которые обычно состоят из более чем 100 деталей, состоят только из трех основных компонентов, изготовленных методом присадок: узла форсунки, камеры сгорания и монолитной секции горловины и сопла», — говорится в сообщении компании.

Rocket Lab, еще один пионер коммерческих запусков спутников, впервые запустила свой легкий ракетный двигатель Rutherford, напечатанный на 3D-принтере, в 2017 году. Его камера сгорания, форсунки, насосы и главные топливные клапаны напечатаны на 3D-принтере, и с их помощью уже было осуществлено 27 запусков. в том числе на этой неделе.

Во вторник, Ракетная лаборатория Двигатель Резерфорда приводил в действие ракету компании «Электрон» из Новой Зеландии с полезной нагрузкой НАСА, направляющейся к Луне.

Несмотря на то, что НАСА и опытные ветераны запусков в течение многих лет тестировали, подтверждали и включали аддитивное производство в свои программы, сегодняшняя коммерческая технология 3D-печати и передовые материалы из металлических сплавов развивались так быстро, что такие компании, как Launcher, Ursa Major и Orbex, могут получить от прототипа до запуска за меньшее время и за меньшие деньги.

«Мы начали с первого дня проектирования с использованием 3D-печати и использовали возможности, которые она предлагает», — говорит Бауэлс. «Это позволило нам создать внутреннее ноу-хау по оптимизации конструкций для 3D-печати, которое мы затем можем применить к новым двигателям, которые нам необходимо разрабатывать и продавать для удовлетворения рыночного спроса. И, уже зная, как это сделать, мы можем быстрее выйти на рынок».