3D-printede raketter indstillet til at sprænge af

Hvis sommerens Terran1-lancering fra Cape Canaveral bliver en succes, Relativitetsrum vil være det første rumfartsproduktionsfirma, der sender en helt 3D-printet raket ud i rummet. Kort efter ringede en californisk start-up Launcher vil implementere sin Orbiter-satellitplatform drevet af 3D-printede raketmotorer efter at have fået et løft ud i rummet fra en SpaceX.

Det er svært at overvurdere den indvirkning 3D-print – også kaldet additiv fremstilling – har haft på rumindustrien. Ingen anden teknologi har gjort det muligt for så mange virksomheder at gå ind i denne industri og levere køretøjer, motorer og raketter på så kort tid til så lave omkostninger. Og nu er antallet af nystartede raketproducenter klar til at boome, efterhånden som flere kommercielt tilgængelige 3D-printere viser sig at klare opgaven med at udskille pladsværdige komponenter.

For eksempel et britisk-baseret luftfartsselskab Orbex håber, at deres 3D-printede raketter, lavet med den nyeste metal 3D-printer fra den tyske producent EOS, vil sprænge ud fra Skotland ved udgangen af ​​året. Og i USA, ung raketmotorproducent Ursa Major tager nu imod ordrer på sin nye Arroway-fremdrivningsmotor designet til at fortrænge de nu-utilgængelige russisk-producerede fremdrivningskilder. Det er også 3D-printet ved hjælp af tilgængelige metal 3D-printere.

"Jeg tror ikke, vores virksomhed ville eksistere uden 3D-print," siger Jake Bowles, direktør for avanceret produktion og materialer hos Ursa Major, som tilbragte fem år hos SpaceX. "Vores udvikling var stærkt knyttet til eksistensen og modenheden af ​​3D-print."

Ursa Major satte sig for at bringe en motor på markedet i et meget hurtigere tempo, end det var blevet gjort før, i måneder ikke år, hvilket kun var muligt ved at lave prototyper og fremstille med 3D-printere, siger Bowles.

Mens Relativity Space og andre har udviklet proprietær 3D-printteknologi til deres raketter, siger Bowles, at brugen af ​​nye kommercielle 3D-printere gjorde det muligt for Ursa Major at holde omkostningerne under kontrol og gentage design hurtigt uden at skulle snuble gennem den tidlige teknologiudvikling, der kræves med hjemmelavede 3D-printere .

"Vores team evaluerer konstant nye 3D-printervirksomheder, der kommer med innovationer, fordi der er stor konkurrence om en andel af fly- og rumlanceringsmarkedet," siger Bowles. Den globale markedsstørrelse for 3D-print til luft- og rumfart forventes at nå $9.27 milliarder i 2030, ifølge Strategic Market Research.

Virksomheder ræser om at tilbyde de mest kraftfulde, mest fleksible og billigste muligheder til virksomheder, såsom AmazonAMZN
, der søger at sætte satellitter i kredsløb for at levere globalt bredbånd, tage billeder i høj opløsning af aktivitet på jorden og endda etablere private rumstationshoteller for de ultra-velhavende.

3D-printing giver næring til kapløbet om at kommercialisere rummet

Med additiv fremstillingsteknologi, der reducerer opsendelsesomkostningerne med så meget som 95 % sammenlignet med NASAs rumfærgeprogram, er døren åben for flere tjenester fra kredsløb, der driver hård konkurrence blandt raketproducenter. Launchers firmaslogan lyder som en Walmart-annonce: "Hvor som helst i rummet til den laveste pris."

At spare millioner på omkostningerne ved at installere satellitter har for nylig opnået Launcher-finansiering fra US Space Force til at videreudvikle sin E-2 3D-printede, højtydende flydende raketmotor til Launcher Light løfteraket, der er planlagt til at flyve i 2024. US Space Force sagde: "Launchers E-2 flydende raketmotor har potentialet til betydeligt at reducere prisen for at levere små satellitter til kredsløb på dedikerede små løfteraketfartøjer, hvilket er en nøglekapacitet og prioritet for rumstyrken."

For at reducere omkostningerne og fremskynde produktionen bruger Launcher også 3D-printere fra EOS samt Californien-baserede Velo3D.

"Turbopumpedele til raketmotorer kræver typisk støbning, smedning og svejsning," siger Max Haot, grundlægger og administrerende direktør for Launcher. "Det nødvendige værktøj til disse processer øger udviklingsomkostningerne og reducerer fleksibiliteten mellem designgentagelser. Evnen til at 3D-printe vores turbopumpe, inklusive roterende Inconel-indkapslede pumpehjul, takket være Velo3D's nul-graders teknologi, gør det nu muligt til en lavere pris og øget innovation gennem iteration mellem hver prototype."

Med traditionelle fremstillingsmetoder til luft- og rumfart er det almindeligt at høre om ni- til 12-måneders gennemløbstider og enorme udgifter til værktøj til at bygge og teste, noget som en pumpeforsynet iltrig forbrændingsmotor, siger Eduardo Rondon, en senior fremdriftsmotor. analytiker hos Ursa Major, en anden SpaceX-veteran. "Additiv fremstilling giver os mulighed for at sætte et nyt design på teststanden, beslutte at lave en ændring, arbejde på en alternativ arkitektur, printe den og få den på standen om uger."

Orbex 3D udskriver sine raketter på samme printertype som Launcher, den AMCM M4K-4 metal printplatform fra EOS, som udkom i 2021. Virksomheden har også brugt metal 3D-printere fra det tyske firma SLM Solutions.

3D-print ikke kun for nystartede virksomheder

3D-print har en lang historie i rummet, lige siden SpaceX afslørede sin 3D-printede SuperDraco-raketmotor i 2013.

Luftfartsgiganten Aerojet RocketdyneAJRD
redesignede sin Bantam-raketmotorfamilie i 2017 og drage fuld fordel af additive fremstillingsevner, der reducerer den samlede design- og fremstillingstid fra mere end et år til et par måneder, mens omkostningerne sænkes med omkring 65% sammenlignet med konventionelle fremstillingsmetoder.

"Disse motorer, som normalt ville være sammensat af over 100 dele, er bygget af kun tre additiv-fremstillede hovedkomponenter: injektorsamlingen, forbrændingskammeret og en monolitisk hals- og dysedel," siger virksomheden.

Rocket Lab, en anden pioner inden for kommercielle satellitopsendelser, lancerede først sin letvægts 3D-printede raketmotor, Rutherford, i 2017. Dens forbrændingskammer, injektorer, pumper og hoveddrivmiddelventiler er alle 3D-printede og har allerede drevet 27 opsendelser, inklusive den i denne uge.

På tirsdag, Rocket Labs Rutherford-motoren drev virksomhedens elektronraket fra New Zealand med en NASA-nyttelast på vej til månen.

På trods af at NASA og erfarne opsendelsesveteraner har testet, valideret og inkorporeret additiv fremstilling i deres programmer i årevis, er nutidens kommercielle 3D-printteknologi og avancerede metallegeringsmaterialer modnet så hurtigt, at virksomheder som Launcher, Ursa Major og Orbex kan få fra prototype til lancering på mindre tid for færre penge.

"Vi startede fra dag ét med at designe omkring 3D-print og udnytte de muligheder, det tilbyder," siger Bowels. "Dette har givet os mulighed for at opbygge intern viden om, hvordan vi optimerer designs til 3D-print, som vi derefter kan anvende på nye motorer, som vi skal udvikle og sælge for at imødekomme markedets efterspørgsel. Og ved allerede at vide, hvordan man gør det, kan vi komme hurtigere på markedet.”