Cohetes impresos en 3D listos para despegar

Si el lanzamiento de Terran1 de este verano desde Cabo Cañaveral es un éxito, Espacio de relatividad será la primera empresa de fabricación aeroespacial en enviar un cohete completamente impreso en 3D al espacio. Poco después, una nueva empresa de California llamada lanzador desplegará su plataforma satelital Orbiter impulsada por motores de cohetes impresos en 3D después de recibir un impulso en el espacio desde un SpaceX.

Es difícil sobrestimar el impacto que ha tenido la impresión 3D, también llamada fabricación aditiva, en la industria espacial. Ninguna otra tecnología ha permitido que tantas empresas ingresen a esta industria y entreguen vehículos, motores y cohetes en tan poco tiempo a costos tan bajos. Y ahora, el número de nuevos fabricantes de cohetes está a punto de aumentar a medida que más impresoras 3D disponibles en el mercado demuestren estar a la altura de la tarea de producir componentes dignos del espacio.

Por ejemplo, una empresa aeroespacial con sede en el Reino Unido ORBEX espera que sus cohetes impresos en 3D, fabricados con la última impresora 3D de metal del fabricante alemán EOS, despeguen de Escocia a finales de año. Y en EE. UU., el joven fabricante de motores de cohetes Osa Mayor está tomando pedidos ahora para su nuevo motor de propulsión Arroway diseñado para desplazar las fuentes de propulsión de fabricación rusa que ahora no están disponibles. También se imprime en 3D con las impresoras 3D de metal disponibles.

“No creo que nuestra empresa existiera sin la impresión 3D”, dice Jake Bowles, director de fabricación y materiales avanzados de Ursa Major, que pasó cinco años en SpaceX. “Nuestra evolución estuvo fuertemente ligada a la existencia y madurez de la impresión 3D”.

Ursa Major se propuso llevar un motor al mercado a un ritmo mucho más rápido de lo que se había hecho antes, en meses, no en años, lo que solo fue posible mediante la creación de prototipos y la fabricación con impresoras 3D, dice Bowles.

Si bien Relativity Space y otros han desarrollado tecnología de impresión 3D patentada para sus cohetes, Bowles dice que el uso de nuevas impresoras 3D comerciales permitió a Ursa Major mantener los costos bajo control e iterar diseños rápidamente, sin tener que tropezar con el desarrollo tecnológico inicial requerido con las impresoras 3D de cosecha propia. .

“Nuestro equipo está constantemente evaluando nuevas empresas de impresoras 3D que presentan innovaciones porque hay mucha competencia por una parte del mercado aeroespacial y de lanzamiento espacial”, dice Bowles. Se prevé que el tamaño del mercado mundial de impresión 3D aeroespacial alcance los 9.27 millones de dólares para 2030, según Strategic Market Research.

Las empresas están compitiendo para ofrecer las opciones más potentes, flexibles y baratas a empresas, como Amazon.AMZN
, que buscan poner satélites en órbita para ofrecer banda ancha global, capturar imágenes de alta resolución de la actividad en la Tierra e incluso establecer hoteles en estaciones espaciales privadas para los ultra ricos.

La impresión 3D impulsa la carrera por comercializar el espacio

Con la tecnología de fabricación aditiva que reduce los costos de lanzamiento hasta en un 95 % en comparación con el programa de transbordadores espaciales de la NASA, la puerta está abierta para más servicios desde la órbita, lo que genera una dura competencia entre los fabricantes de cohetes. El eslogan de la compañía de Launcher se lee como un anuncio de Walmart: "En cualquier lugar del espacio al menor costo".

Reducir millones del costo de despliegue de satélites recientemente obtuvo fondos de Launcher de la Fuerza Espacial de EE. UU. para desarrollar aún más su motor de cohete líquido de alto rendimiento E-2 impreso en 3D para el vehículo de lanzamiento Launcher Light, programado para volar en 2024. Fuerza Espacial de EE. UU. dijo: "El motor de cohete líquido E-2 de Launcher tiene el potencial de reducir significativamente el precio para poner en órbita pequeños satélites en vehículos de lanzamiento pequeños dedicados, que es una capacidad clave y una prioridad para la Fuerza Espacial".

Para reducir costos y acelerar la producción, Launcher también utiliza impresoras 3D de EOS, así como Velo3D con sede en California.

“Las piezas de la turbobomba del motor de cohete normalmente requieren fundición, forja y soldadura”, dice Max Haot, fundador y director ejecutivo de Launcher. “Las herramientas requeridas para estos procesos aumentan el costo de desarrollo y reducen la flexibilidad entre las iteraciones de diseño. La capacidad de imprimir en 3D nuestra turbobomba, incluidos los impulsores envueltos en Inconel giratorios, gracias a la tecnología de grado cero de Velo3D, lo hace posible ahora a un costo menor y una mayor innovación a través de la iteración entre cada prototipo”.

Con los métodos de fabricación tradicionales para la industria aeroespacial, es común oír hablar de plazos de entrega de nueve a 12 meses y enormes gastos en herramientas para construir y probar, algo así como un motor de combustión por etapas rico en oxígeno alimentado por bomba, dice Eduardo Rondon, un senior propulsion analista de Ursa Major, otro veterano de SpaceX. “La fabricación aditiva nos permite poner un nuevo diseño en el banco de pruebas, decidir hacer un cambio, trabajar en una arquitectura alternativa, imprimirlo y ponerlo en el banco en semanas”.

Orbex 3D imprime sus cohetes en el mismo tipo de impresora que Launcher, la AMCM M4K-4 plataforma de impresión de metal de EOS, que salió en 2021. La empresa también ha utilizado impresoras 3D de metal de la empresa alemana SLM Solutions.

Impresión 3D no solo para empresas emergentes

La impresión 3D tiene una larga historia en el espacio desde que SpaceX presentó su motor de cohete SuperDraco impreso en 3D en 2013.

El gigante aeroespacial Aerojet RocketdyneAJRD
rediseñó su familia de motores de cohetes Bantam en 2017 para aprovechar al máximo las capacidades de fabricación aditiva que reducen el tiempo total de diseño y fabricación de más de un año a un par de meses, al tiempo que reducen el costo en aproximadamente un 65 % en comparación con los métodos de fabricación convencionales.

“Estos motores, que normalmente estarían compuestos por más de 100 piezas, se construyen a partir de solo tres componentes principales fabricados con aditivos: el conjunto del inyector, la cámara de combustión y una sección monolítica de garganta y boquilla”, dice la compañía.

Rocket Lab, otro pionero en lanzamientos de satélites comerciales, lanzó por primera vez su motor de cohete ligero impreso en 3D, el Rutherford, en 2017. Su cámara de combustión, inyectores, bombas y válvulas propulsoras principales están todas impresas en 3D y ya han impulsado 27 lanzamientos. incluido el de esta semana.

El martes, Laboratorio de cohetes El motor Rutherford impulsó el cohete Electron de la compañía desde Nueva Zelanda con una carga útil de la NASA con destino a la luna.

A pesar de que la NASA y los veteranos experimentados en lanzamientos han probado, validado e incorporado la fabricación aditiva en sus programas durante años, la tecnología de impresión 3D comercial actual y los materiales de aleación de metal avanzados han madurado tan rápidamente que compañías como Launcher, Ursa Major y Orbex pueden obtener del prototipo al lanzamiento en menos tiempo por menos dinero.

“Comenzamos desde el primer día diseñando en torno a la impresión 3D y aprovechando las capacidades que ofrece”, dice Bowels. “Esto nos ha permitido desarrollar conocimientos internos sobre cómo optimizar los diseños para la impresión 3D, que luego podemos aplicar a los nuevos motores que necesitamos desarrollar y vender para satisfacer la demanda del mercado. Y al saber cómo hacerlo, podemos llegar al mercado más rápido”.