3D-trykte raketter satt til å sprenge av

Hvis sommerens Terran1-lansering fra Cape Canaveral blir en suksess, Relativitetsrom vil være det første luftfartsprodusenten som sender en fullstendig 3D-printet rakett ut i verdensrommet. Like etter ringte en California-oppstart Launcher vil distribuere sin Orbiter-satellittplattform drevet av 3D-printede rakettmotorer etter å ha fått et løft ut i verdensrommet fra en SpaceX.

Det er vanskelig å overvurdere effekten 3D-utskrift – også kalt additiv produksjon – har hatt på romindustrien. Ingen annen teknologi har gjort det mulig for så mange selskaper å gå inn i denne bransjen og levere kjøretøy, motorer og raketter på så kort tid til så lave kostnader. Og nå er antallet oppstartsrakettprodusenter klar til å boome ettersom flere kommersielt tilgjengelige 3D-skrivere viser seg å klare oppgaven med å samle ut plassverdige komponenter.

For eksempel et britisk-basert romfartsselskap Orbex håper deres 3D-printede raketter, laget med den nyeste metall 3D-skriveren fra den tyske produsenten EOS, vil sprenge fra Skottland innen utgangen av året. Og i USA, ung rakettmotorprodusent Store bjørn tar nå bestillinger på sin nye Arroway-fremdriftsmotor designet for å fortrenge de nå utilgjengelige russiskproduserte fremdriftskildene. Det er også 3D-printet ved hjelp av tilgjengelige metall 3D-skrivere.

"Jeg tror ikke selskapet vårt ville eksistert uten 3D-utskrift," sier Jake Bowles, direktør for avansert produksjon og materialer ved Ursa Major, som tilbrakte fem år hos SpaceX. "Vår utvikling var sterkt knyttet til eksistensen og modenheten til 3D-utskrift."

Ursa Major satte seg fore å bringe en motor ut på markedet i et mye raskere tempo enn det hadde blitt gjort før, på måneder og ikke år, noe som kun var mulig ved å lage prototyper og produsere med 3D-printere, sier Bowles.

Mens Relativity Space og andre har utviklet proprietær 3D-utskriftsteknologi for rakettene sine, sier Bowles at bruk av nye kommersielle 3D-skrivere gjorde det mulig for Ursa Major å holde kostnadene under kontroll og gjenta design raskt, uten å måtte snuble gjennom den tidlige teknologiutviklingen som kreves med hjemmelagde 3D-skrivere .

"Teamet vårt vurderer stadig nye 3D-printerselskaper som kommer med innovasjoner fordi det er stor konkurranse om en andel av romfarts- og romoppskytningsmarkedet," sier Bowles. Den globale markedsstørrelsen for 3D-utskrift for romfart er spådd å nå 9.27 milliarder dollar innen 2030, ifølge Strategic Market Research.

Selskaper kappløper for å tilby de kraftigste, mest fleksible og billigste alternativene til selskaper, som AmazonAMZN
, som ønsker å sette satellitter i bane for å levere globalt bredbånd, ta høyoppløselige bilder av aktivitet på jorden, og til og med etablere private romstasjonshoteller for de ultra-rike.

3D-utskrift som driver kappløpet om å kommersialisere verdensrommet

Med additiv produksjonsteknologi som reduserer oppskytningskostnadene med så mye som 95 % sammenlignet med NASAs romfergeprogram, er døren åpen for flere tjenester fra bane som driver hard konkurranse blant rakettprodusenter. Launchers firmaslagord lyder som en Walmart-annonse: "Hvor som helst i verdensrommet til lavest mulig pris."

Å spare millioner på kostnadene ved utplassering av satellitter fikk nylig Launcher-midler fra US Space Force for å videreutvikle sin E-2 3D-printede, høyytelses flytende rakettmotor for Launcher Light bærerakett, planlagt å fly i 2024. US Space Force sa: "Launchers E-2 flytende rakettmotor har potensial til å redusere prisen betydelig for å levere små satellitter til bane på dedikerte små bæreraketter, som er en nøkkelkapasitet og prioritet for romstyrken."

For å kutte kostnader og få fart på produksjonen bruker Launcher også 3D-skrivere fra EOS samt California-baserte Velo3D.

"Turbopumpedeler til rakettmotorer krever vanligvis støping, smiing og sveising," sier Max Haot, grunnlegger og administrerende direktør i Launcher. "Verktøy som kreves for disse prosessene øker kostnadene ved utvikling og reduserer fleksibiliteten mellom designgjentakelser. Evnen til å 3D-printe turbopumpen vår, inkludert roterende Inconel-omhyllede impellere, takket være Velo3Ds nullgradersteknologi, gjør det nå mulig til en lavere kostnad og økt innovasjon gjennom iterasjon mellom hver prototype."

Med tradisjonelle produksjonsmetoder for romfart er det vanlig å høre om ni til 12 måneders ledetider og enorme utgifter til verktøy for å bygge og teste, noe som en pumpematet oksygenrik forbrenningsmotor, sier Eduardo Rondon, en senior fremdriftsmotor. analytiker hos Ursa Major, en annen SpaceX-veteran. "Additiv produksjon lar oss sette et nytt design på teststanden, bestemme oss for å gjøre en endring, jobbe med en alternativ arkitektur, skrive den ut og få den på standen i løpet av uker."

Orbex 3D skriver ut rakettene sine på samme skrivertype som Launcher, den AMCM M4K-4 metallutskriftsplattform fra EOS, som kom ut i 2021. Selskapet har også brukt 3D-skrivere i metall fra det tyske selskapet SLM Solutions.

3D-utskrift ikke bare for nybegynnere

3D-utskrift har en lang historie i verdensrommet helt siden SpaceX avduket sin 3D-printede SuperDraco-rakettmotor i 2013.

Luftfartsgiganten Aerojet RocketdyneAJRD
redesignet sin Bantam rakettmotorfamilie i 2017, dra full nytte av additive produksjonsevner som reduserer den totale design- og produksjonstiden fra mer enn et år til et par måneder, samtidig som kostnadene reduseres med omtrent 65 % sammenlignet med konvensjonelle produksjonsmetoder.

"Disse motorene, som normalt vil være sammensatt av over 100 deler, er bygget av bare tre additivproduserte hovedkomponenter: injektorenheten, forbrenningskammeret og en monolittisk hals- og dysedel," sier selskapet.

Rocket Lab, en annen pioner innen kommersielle satellittoppskytinger, lanserte først sin lette 3D-printede rakettmotor, Rutherford, i 2017. Dens forbrenningskammer, injektorer, pumper og hoveddrivgassventiler er alle 3D-printede og har allerede drevet 27 oppskytinger, inkludert denne denne uken.

På tirsdag, Rocket Lab's Rutherford-motoren drev selskapets elektronrakett fra New Zealand med en NASA-nyttelast på vei til månen.

Til tross for at NASA og erfarne lanseringsveteraner har testet, validert og inkorporert additiv produksjon i programmene sine i årevis, har dagens kommersielle 3D-utskriftsteknologi og avanserte metallegeringsmaterialer modnet så raskt at selskaper som Launcher, Ursa Major og Orbex kan få fra prototype til lansering på kortere tid for mindre penger.

"Vi startet fra dag én med å designe rundt 3D-utskrift og dra nytte av mulighetene det tilbyr," sier Bowels. "Dette har gjort det mulig for oss å bygge intern kunnskap om hvordan vi kan optimalisere design for 3D-utskrift, som vi deretter kan bruke på nye motorer som vi må utvikle og selge for å møte markedets etterspørsel. Og ved allerede å vite hvordan vi gjør det, kan vi komme raskere ut på markedet.»