НАСА раздвигает границы технологии 3D-печати
НАСА успешно протестировало самые сложные части ракетного двигателя, когда-либо разработанные агентством, напечатанные с помощью технологии 3D-печати, на испытательном стенде в Центре космических полетов НАСА имени Маршалла в Хантсвилле, Алабама.
Инженеры НАСА раздвигают границы технологии, проектируя инжектор ракетного двигателя — очень сложный узел, который посылает топливо в двигатель, с конструктивными особенностями, используя 3D-печать. Чтобы сделать необходимые части, дизайн был введен в компьютер 3D-принтера. Принтер построил каждую часть, накладывая слоями металлический порошок и сплавляя его воедино лазером. Этот процесс известен как селективное лазерное плавление.
Совокупный производственный процесс позволил конструкторам создать инжектор с 40 отдельными элементами распыления топлива, все напечатанные как один компонент, а не изготавливаемые индивидуально. Агрегат был сопоставим по размерам с инжекторами, устанавливаемыми в небольшие ракетные двигатели и аналогичен по конструкции с инжекторами больших двигателей, таких как RS-25 для ракет большой грузоподъемности и в перспективе межпланетных ракетоносителей.
«Мы хотели пойти дальше простого тестирования инжекторов и продемонстрировать, как 3D-печать может революционизировать ракетные проекты для увеличения производительности системы, — сказал Крис Певец, директор инженерного управлении Маршалла. — Детали превосходно показали себя во время испытаний».
При использовании традиционных методов производства 163 отдельные части будут сначала изготовлены, а затем собраны в единый механизм. Но с технологией 3D-печати сборка сократилась до двух частей, экономя время и деньги и позволяя инженерам построить механизмы, которые повышают производительность ракетного двигателя и являются более износоустойчивыми.
Два ракетных инжектора были испытаны в течение пяти секунд каждый, производя 9 000 кг тяги. Дизайнеры создали сложные геометрические структуры, что позволило кислороду и водороду циркулировать вместе, прежде чем сгореть.
«Одной из наших целей является сотрудничество с различными компаниями и создание стандартов для нового производственного процесса, — пояснил инженер двигателей Джейсон Терпин. — Мы работаем с промышленностью, чтобы изучить, как использовать в своих интересах совокупное производство на каждой стадии космического строительства аппаратных средств: от дизайна до операций в космосе.
Мы применяем все, что узнаем о создании компонентов ракетного двигателя, систем запуска и других космических аппаратных средств».
Технология не только помогла инженерам создавать и испытывать ракетный инжектор с уникальным дизайном, но и протестировать его быстрее и эффективнее. Используя внутреннюю инфраструктуру Маршалла для быстрого проектирования и производства маленьких 3D-печатных частей, двигательная и материальная лаборатории могут работать совместно, что позволит быстро протестировать модификации на испытательном стенде или в компонентах ракеты.
«Наши производственные мощности позволят нам, опираясь на тестовые данные, изменять части или испытательный стенд целиком, быстро вносить изменения и возвращаться к тестированию, — сказал Николас Кейз, инженер силовых установок, занимающийся тестированием. — Это ускоряет разработку дизайна, изготовление и тестирование готовых узлов и позволяет нам испытывать инновационные проекты с меньшим риском и затратами».
Инженеры Маршалла протестировали сложные инжекторы, ракетные сопла и другие компоненты с целью снижения трудоемкости производства, времени, стоимости изготовления и сборки будущих двигателей. Новый тип производства является ключевой технологией для улучшения ракетных проектов и открывает дорогу в глубокий космос.