Τρισδιάστατοι εκτυπωμένοι πύραυλοι ρυθμισμένοι να εκτοξευθούν

Εάν η εκτόξευση Terran1 φέτος το καλοκαίρι από το ακρωτήριο Canaveral είναι επιτυχημένη, Χώρος σχετικότητας θα είναι η πρώτη εταιρεία κατασκευής αεροδιαστημικής που θα στείλει έναν εξ ολοκλήρου τρισδιάστατο εκτυπωμένο πύραυλο στο διάστημα. Αμέσως μετά, τηλεφώνησε μια start-up από την Καλιφόρνια προωθητής θα αναπτύξει την δορυφορική πλατφόρμα Orbiter που θα τροφοδοτείται από κινητήρες πυραύλων 3D-εκτυπωμένων αφού λάβει ώθηση στο διάστημα από ένα SpaceX.

Είναι δύσκολο να υπερεκτιμηθεί ο αντίκτυπος που είχε η τρισδιάστατη εκτύπωση – που ονομάζεται επίσης κατασκευή πρόσθετων – στη διαστημική βιομηχανία. Καμία άλλη τεχνολογία δεν έχει επιτρέψει σε τόσες πολλές εταιρείες να εισέλθουν σε αυτόν τον κλάδο και να παραδώσουν οχήματα, κινητήρες και πυραύλους σε τόσο σύντομο χρονικό διάστημα με τόσο χαμηλό κόστος. Και τώρα, ο αριθμός των νεοσύστατων κατασκευαστών πυραύλων είναι έτοιμος να εκτιναχθεί καθώς περισσότεροι εμπορικά διαθέσιμοι τρισδιάστατοι εκτυπωτές αποδεικνύονται ότι ανταποκρίνονται στο έργο της παραγωγής εξαρτημάτων που αξίζουν το διάστημα.

Για παράδειγμα, η αεροδιαστημική εταιρεία με έδρα το Ηνωμένο Βασίλειο Orbex ελπίζει ότι οι τρισδιάστατοι εκτυπωμένοι πύραυλοι της, κατασκευασμένοι με τον πιο πρόσφατο μεταλλικό τρισδιάστατο εκτυπωτή από τον Γερμανό κατασκευαστή EOS, θα εκτοξευθούν από τη Σκωτία μέχρι το τέλος του έτους. Και στις ΗΠΑ, νέος κατασκευαστής πυραυλοκινητήρων Μεγάλη Άρκτος δέχεται τώρα παραγγελίες για τον νέο κινητήρα πρόωσης Arroway που έχει σχεδιαστεί για να εκτοπίζει τις μη διαθέσιμες πλέον ρωσικές πηγές πρόωσης. Εκτυπώνεται επίσης 3D χρησιμοποιώντας διαθέσιμους μεταλλικούς τρισδιάστατους εκτυπωτές.

«Δεν νομίζω ότι η εταιρεία μας θα υπήρχε χωρίς τρισδιάστατη εκτύπωση», λέει ο Jake Bowles, διευθυντής προηγμένης κατασκευής και υλικών στο Ursa Major, ο οποίος πέρασε πέντε χρόνια στο SpaceX. «Η εξέλιξή μας ήταν στενά συνδεδεμένη με την ύπαρξη και την ωριμότητα της τρισδιάστατης εκτύπωσης».

Η Ursa Major ξεκίνησε να φέρει έναν κινητήρα στην αγορά με πολύ ταχύτερο ρυθμό από ό,τι είχε γίνει πριν, σε μήνες και όχι χρόνια, κάτι που ήταν δυνατό μόνο με την κατασκευή πρωτοτύπων και την κατασκευή με τρισδιάστατους εκτυπωτές, λέει ο Bowles.

Ενώ η Relativity Space και άλλοι έχουν αναπτύξει ιδιόκτητη τεχνολογία 3D εκτύπωσης για τους πυραύλους τους, ο Bowles λέει ότι η χρήση νέων εμπορικών τρισδιάστατων εκτυπωτών επέτρεψε στην Ursa Major να διατηρήσει το κόστος υπό έλεγχο και να επαναλάβει τα σχέδια γρήγορα, χωρίς να χρειάζεται να σκοντάψει στην πρώιμη τεχνολογική ανάπτυξη που απαιτείται με τους εγχώριους 3D εκτυπωτές .

«Η ομάδα μας αξιολογεί συνεχώς νέες εταιρείες τρισδιάστατων εκτυπωτών που βγαίνουν με καινοτομίες, επειδή υπάρχει μεγάλος ανταγωνισμός για ένα μερίδιο στην αγορά της αεροδιαστημικής και της διαστημικής εκτόξευσης», λέει ο Bowles. Το μέγεθος της παγκόσμιας αγοράς τρισδιάστατης εκτύπωσης της αεροδιαστημικής αναμένεται να φτάσει τα 3 δισεκατομμύρια δολάρια έως το 3, σύμφωνα με τη Strategic Market Research.

Οι εταιρείες αγωνίζονται να προσφέρουν τις πιο ισχυρές, πιο ευέλικτες και φθηνότερες επιλογές σε εταιρείες, όπως η AmazonAMZN
, που επιδιώκουν να βάλουν δορυφόρους σε τροχιά για να προσφέρουν παγκόσμια ευρυζωνικότητα, να τραβήξουν εικόνες υψηλής ανάλυσης της δραστηριότητας στη γη, ακόμη και να δημιουργήσουν ξενοδοχεία ιδιωτικών διαστημικών σταθμών για τους εξαιρετικά πλούσιους.

Η τρισδιάστατη εκτύπωση τροφοδοτεί τον αγώνα για την εμπορευματοποίηση του διαστήματος

Με την τεχνολογία κατασκευής πρόσθετων που μειώνει το κόστος εκτόξευσης έως και 95% σε σύγκριση με το πρόγραμμα διαστημικού λεωφορείου της NASA, η πόρτα είναι ανοιχτή για περισσότερες υπηρεσίες από τον έντονο ανταγωνισμό μεταξύ των κατασκευαστών πυραύλων. Το εταιρικό σλόγκαν του Launcher είναι σαν διαφήμιση της Walmart: «Οπουδήποτε στο διάστημα με το χαμηλότερο κόστος».

Η αποκοπή εκατομμυρίων από το κόστος εγκατάστασης δορυφόρων συγκέντρωσε πρόσφατα χρηματοδότηση του Launcher από τη Διαστημική Δύναμη των ΗΠΑ για να αναπτύξει περαιτέρω τον εκτυπωμένο E-2 3D, υψηλής απόδοσης κινητήρα υγρού πυραύλου για το όχημα εκτόξευσης Launcher Light, που έχει προγραμματιστεί να πετάξει το 2024. US Space Force είπε: «Ο υγρός πυραυλικός κινητήρας E-2 της Launcher έχει τη δυνατότητα να μειώσει σημαντικά την τιμή για την παράδοση μικρών δορυφόρων σε τροχιά σε ειδικά μικρά οχήματα εκτόξευσης, κάτι που αποτελεί βασική ικανότητα και προτεραιότητα για τη Διαστημική Δύναμη».

Για να μειώσει το κόστος και να επιταχύνει την παραγωγή, το Launcher χρησιμοποιεί επίσης τρισδιάστατους εκτυπωτές από την EOS καθώς και το Velo3D με έδρα την Καλιφόρνια.

«Τα εξαρτήματα στροβιλοκινητήρων πυραύλων απαιτούν συνήθως χύτευση, σφυρηλάτηση και συγκόλληση», λέει ο Max Haot, ιδρυτής και διευθύνων σύμβουλος της Launcher. «Τα εργαλεία που απαιτούνται για αυτές τις διαδικασίες αυξάνουν το κόστος ανάπτυξης και μειώνουν την ευελιξία μεταξύ των επαναλήψεων σχεδιασμού. Η δυνατότητα τρισδιάστατης εκτύπωσης της στροβιλοαντλίας μας, συμπεριλαμβανομένων των περιστρεφόμενων πτερυγίων με κάλυμμα Inconel, χάρη στην τεχνολογία μηδενικού βαθμού του Velo3D, καθιστά δυνατή τώρα με χαμηλότερο κόστος και αυξημένη καινοτομία μέσω της επανάληψης μεταξύ κάθε πρωτοτύπου».

Με τις παραδοσιακές μεθόδους κατασκευής για την αεροδιαστημική, είναι σύνηθες να ακούμε για χρόνους παράδοσης από εννέα έως 12 μήνες και τεράστιες δαπάνες για εργαλεία για την κατασκευή και τη δοκιμή, κάτι σαν κινητήρας κλιμακωτής καύσης πλούσιου σε οξυγόνο που τροφοδοτείται με αντλία, λέει ο Eduardo Rondon, ανώτερος υπάλληλος πρόωσης. αναλυτής στην Ursa Major, έναν άλλο βετεράνο της SpaceX. «Η πρόσθετη κατασκευή μάς επιτρέπει να βάλουμε ένα νέο σχέδιο στο σταντ δοκιμών, να αποφασίσουμε να κάνουμε μια αλλαγή, να εργαστούμε σε μια εναλλακτική αρχιτεκτονική, να το εκτυπώσουμε και να το τοποθετήσουμε στο περίπτερο σε εβδομάδες».

Το Orbex 3D εκτυπώνει τους πυραύλους του στον ίδιο τύπο εκτυπωτή με τον Launcher, τον AMCM M4K-4 Πλατφόρμα εκτύπωσης μετάλλων από την EOS, που κυκλοφόρησε το 2021. Η εταιρεία έχει χρησιμοποιήσει επίσης μεταλλικούς τρισδιάστατους εκτυπωτές της γερμανικής εταιρείας SLM Solutions.

Τρισδιάστατη εκτύπωση όχι μόνο για νεοσύστατες επιχειρήσεις

Η τρισδιάστατη εκτύπωση έχει μακρά ιστορία στο διάστημα από τότε που η SpaceX αποκάλυψε την τρισδιάστατη εκτυπωμένη μηχανή πυραύλων SuperDraco το 3.

Ο γίγαντας της αεροδιαστημικής Aerojet RocketdyneAJRD
επανασχεδίασε την οικογένεια κινητήρων πυραύλων Bantam το 2017, εκμεταλλεύτηκε πλήρως τις δυνατότητες κατασκευής πρόσθετων που μειώνουν τον συνολικό χρόνο σχεδίασης και κατασκευής από περισσότερο από ένα χρόνο σε δύο μήνες, ενώ μειώνουν το κόστος κατά περίπου 65% σε σύγκριση με τις συμβατικές μεθόδους κατασκευής.

«Αυτοί οι κινητήρες, οι οποίοι κανονικά αποτελούνται από περισσότερα από 100 εξαρτήματα, κατασκευάζονται μόνο από τρία κύρια εξαρτήματα που κατασκευάζονται από πρόσθετα: το συγκρότημα μπεκ, το θάλαμο καύσης και ένα μονολιθικό τμήμα λαιμού και ακροφυσίου», λέει η εταιρεία.

Το Rocket Lab, ένας άλλος πρωτοπόρος στις εμπορικές εκτοξεύσεις δορυφόρων, εκτόξευσε για πρώτη φορά τον ελαφρύ τρισδιάστατο εκτυπωμένο κινητήρα πυραύλων του, τον Rutherford, το 3. Ο θάλαμος καύσης, τα μπεκ, οι αντλίες και οι κύριες βαλβίδες προωθητικού είναι όλα εκτυπωμένα σε 2017D και έχουν ήδη τροφοδοτήσει 3 εκτοξεύσεις. συμπεριλαμβανομένου αυτού αυτής της εβδομάδας.

Την Τρίτη, Rocket Lab's Ο κινητήρας Rutherford τροφοδοτούσε τον πύραυλο Electron της εταιρείας από τη Νέα Ζηλανδία με ωφέλιμο φορτίο της NASA με προορισμό το φεγγάρι.

Παρά το γεγονός ότι η NASA και οι έμπειροι βετεράνοι εκτόξευσης έχουν δοκιμάσει, επικυρώσει και ενσωματώσει την κατασκευή προσθέτων στα προγράμματά τους για χρόνια, η σημερινή εμπορική τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης και τα προηγμένα υλικά από κράμα μετάλλων έχουν ωριμάσει τόσο γρήγορα που εταιρείες όπως η Launcher, η Ursa Major και η Orbex μπορούν να αποκτήσουν από πρωτότυπο σε κυκλοφορία σε λιγότερο χρόνο για λιγότερα χρήματα.

«Ξεκινήσαμε από την πρώτη μέρα σχεδιάζοντας την τρισδιάστατη εκτύπωση και εκμεταλλευόμενοι τις δυνατότητες που προσφέρει», λέει ο Bowels. «Αυτό μας επέτρεψε να δημιουργήσουμε εσωτερική τεχνογνωσία για το πώς να βελτιστοποιήσουμε τα σχέδια για τρισδιάστατη εκτύπωση, την οποία μπορούμε στη συνέχεια να εφαρμόσουμε σε νέους κινητήρες που πρέπει να αναπτύξουμε και να πουλήσουμε για να καλύψουμε τη ζήτηση της αγοράς. Και γνωρίζοντας ήδη πώς να το κάνουμε αυτό, μπορούμε να φτάσουμε στην αγορά πιο γρήγορα.»