Roket Cetakan 3D Ditetapkan Untuk Meletup

Jika pelancaran Terran1 musim panas ini dari Cape Canaveral berjaya, Ruang Relativiti akan menjadi syarikat pembuatan aeroangkasa pertama yang menghantar roket cetakan 3D sepenuhnya ke angkasa. Tidak lama selepas itu, syarikat pemula California menelefon Pelancar akan menggunakan platform satelit Orbiternya yang dikuasakan oleh enjin roket cetak 3D selepas mendapat rangsangan ke angkasa lepas daripada SpaceX.

Sukar untuk menilai terlalu tinggi kesan percetakan 3D – juga dikenali sebagai pembuatan aditif – terhadap industri angkasa lepas. Tiada teknologi lain yang membolehkan begitu banyak syarikat memasuki industri ini dan menghantar kenderaan, enjin dan roket dalam masa yang singkat pada kos yang begitu rendah. Dan kini, bilangan pengeluar roket permulaan bersedia untuk berkembang pesat apabila lebih banyak pencetak 3D yang tersedia secara komersil membuktikan tugas untuk menghasilkan komponen yang sesuai dengan ruang.

Contohnya, syarikat aeroangkasa yang berpangkalan di UK Orbex berharap roket cetakan 3Dnya, dibuat dengan pencetak 3D logam terbaharu daripada pengeluar Jerman EOS, akan meletup dari Scotland menjelang akhir tahun ini. Dan di AS, pembuat enjin roket muda Ursa Mejar sedang menerima tempahan untuk enjin pendorong Arroway baharunya yang direka untuk menggantikan sumber pendorong buatan Rusia yang kini tidak tersedia. Ia juga dicetak 3D menggunakan pencetak 3D logam yang tersedia.

"Saya tidak fikir syarikat kami akan wujud tanpa percetakan 3D," kata Jake Bowles, pengarah pembuatan dan bahan termaju di Ursa Major, yang menghabiskan lima tahun di SpaceX. "Evolusi kami sangat terikat dengan kewujudan dan kematangan percetakan 3D."

Ursa Major berhasrat untuk membawa enjin ke pasaran pada kadar yang lebih pantas daripada yang telah dilakukan sebelum ini, dalam beberapa bulan bukan tahun, yang hanya boleh dilakukan dengan membuat prototaip dan pembuatan dengan pencetak 3D, kata Bowles.

Walaupun Relativity Space dan lain-lain telah membangunkan teknologi pencetakan 3D proprietari untuk roket mereka, Bowles berkata menggunakan pencetak 3D komersial baharu membolehkan Ursa Major mengekalkan kos terkawal dan mengulangi reka bentuk dengan cepat, tanpa perlu tersandung melalui pembangunan teknologi awal yang diperlukan dengan pencetak 3D tempatan. .

"Pasukan kami sentiasa menilai syarikat pencetak 3D baharu yang mengeluarkan inovasi kerana terdapat banyak persaingan untuk bahagian pasaran pelancaran aeroangkasa dan angkasa lepas," kata Bowles. Saiz pasaran percetakan 3D aeroangkasa global dijangka mencecah $9.27 bilion menjelang 2030, menurut Penyelidikan Pasaran Strategik.

Syarikat berlumba-lumba untuk menawarkan pilihan yang paling berkuasa, paling fleksibel dan paling murah kepada syarikat, seperti AmazonAMZN
, yang sedang mencari untuk meletakkan satelit ke orbit untuk menyampaikan jalur lebar global, menangkap imej resolusi tinggi aktiviti di bumi, dan juga menubuhkan hotel stesen angkasa lepas persendirian untuk golongan yang sangat kaya.

Pencetakan 3D Merangsang Perlumbaan untuk Mengkomersialkan Ruang

Dengan teknologi pembuatan tambahan mengurangkan kos pelancaran sebanyak 95% berbanding program ulang-alik angkasa lepas NASA, pintu terbuka untuk lebih banyak perkhidmatan daripada orbit memacu persaingan sengit di kalangan pembuat roket. Slogan syarikat Pelancar berbunyi seperti iklan Walmart: "Di mana-mana sahaja di angkasa dengan kos terendah."

Mengurangkan berjuta-juta daripada kos penggunaan satelit baru-baru ini memperoleh pembiayaan Pelancar daripada Angkatan Angkasa AS untuk terus membangunkan enjin roket cecair bercetak 2D E-3 berprestasi tinggi untuk kenderaan pelancar Light Launcher, yang dijadualkan terbang pada 2024. Angkatan Angkasa AS berkata: "Enjin roket cecair E-2 Pelancar berpotensi mengurangkan harga dengan ketara untuk menghantar satelit kecil ke orbit pada kenderaan pelancar kecil khusus, yang merupakan keupayaan dan keutamaan utama untuk Angkatan Angkasa."

Untuk mengurangkan kos dan mempercepatkan pengeluaran, Launcher juga menggunakan pencetak 3D daripada EOS serta Velo3D yang berpangkalan di California.

"Bahagian pam turbo enjin roket biasanya memerlukan tuangan, penempaan dan kimpalan," kata Max Haot, pengasas dan Ketua Pegawai Eksekutif Pelancar. “Peralatan yang diperlukan untuk proses ini meningkatkan kos pembangunan dan mengurangkan fleksibiliti antara lelaran reka bentuk. Keupayaan untuk mencetak pam turbo 3D kami, termasuk pendesak yang diselubungi Inconel berputar, terima kasih kepada teknologi tahap sifar Velo3D, menjadikannya mungkin sekarang pada kos yang lebih rendah dan peningkatan inovasi melalui lelaran antara setiap prototaip.”

Dengan kaedah pembuatan tradisional untuk aeroangkasa, adalah perkara biasa untuk mendengar tentang masa pendahuluan sembilan hingga 12 bulan dan perbelanjaan besar dalam perkakas untuk membina dan menguji, sesuatu seperti enjin pembakaran berperingkat yang kaya dengan oksigen yang diberi pam, kata Eduardo Rondon, pendorong kanan penganalisis di Ursa Major, seorang lagi veteran SpaceX. "Pengilangan bahan tambahan membolehkan kami meletakkan reka bentuk baharu pada dirian ujian, membuat keputusan untuk membuat perubahan, mengusahakan seni bina ganti, mencetaknya dan mendapatkannya pada dirian dalam beberapa minggu."

Orbex 3D mencetak roketnya pada jenis pencetak yang sama seperti Launcher, the AMCM M4K-4 platform percetakan logam daripada EOS, yang dikeluarkan pada 2021. Syarikat itu juga telah menggunakan pencetak 3D logam daripada syarikat Jerman SLM Solutions.

Pencetakan 3D Bukan Sekadar untuk Pemula

Percetakan 3D mempunyai sejarah yang panjang di angkasa lepas sejak SpaceX melancarkan enjin roket SuperDraco yang dicetak 3D pada tahun 2013.

Aerojet Rocketdyne gergasi aeroangkasaAJRD
mereka bentuk semula keluarga enjin roket Bantamnya pada 2017 memanfaatkan sepenuhnya keupayaan pembuatan bahan tambahan yang mengurangkan jumlah reka bentuk dan masa pembuatan daripada lebih setahun kepada beberapa bulan sambil mengurangkan kos sebanyak kira-kira 65% berbanding kaedah pembuatan konvensional.

"Enjin ini, yang biasanya terdiri daripada lebih 100 bahagian, dibina daripada hanya tiga komponen utama pembuatan bahan tambahan: pemasangan penyuntik, kebuk pembakaran dan bahagian tekak dan muncung monolitik," kata syarikat itu.

Rocket Lab, satu lagi perintis dalam pelancaran satelit komersial, mula-mula melancarkan enjin roket cetakan 3D yang ringan, Rutherford, pada tahun 2017. Kebuk pembakaran, penyuntik, pam dan injap propelan utamanya semuanya dicetak 3D dan telah menjana 27 pelancaran, termasuk yang minggu ini.

Pada hari Selasa, Makmal Roket Enjin Rutherford menjanakan roket Electron syarikat dari New Zealand dengan muatan NASA yang menuju ke bulan.

Walaupun NASA dan veteran pelancaran berpengalaman telah menguji, mengesahkan dan menggabungkan pembuatan aditif ke dalam program mereka selama bertahun-tahun, teknologi percetakan 3D komersil hari ini dan bahan aloi logam termaju telah matang dengan begitu cepat sehingga syarikat seperti Launcher, Ursa Major dan Orbex boleh mendapatkannya. daripada prototaip untuk dilancarkan dalam masa yang singkat dengan wang yang lebih sedikit.

"Kami bermula dari hari pertama mereka bentuk sekitar percetakan 3D, dan mengambil kesempatan daripada keupayaan yang ditawarkannya," kata Bowels. “Ini telah membolehkan kami membina pengetahuan dalaman tentang cara mengoptimumkan reka bentuk untuk pencetakan 3D, yang kemudiannya boleh kami gunakan pada enjin baharu yang kami perlu bangunkan dan jual untuk memenuhi permintaan pasaran. Dan dengan mengetahui cara melakukannya, kami boleh sampai ke pasaran dengan lebih pantas.”