Инновационное сопло открывает путь в дальний космос
НАСА недавно создало и протестировало сопло ракетного двигателя, изготовленное аддитивным способом или напечатанное на 3D-принтере, из алюминия, что сделало его легче, чем обычные сопла, и проложило курс для полетов в дальний космос, которые могут нести больше полезной нагрузки. В соответствии с объявлением агентства о возможностях сотрудничества, инженеры из Центра космических полетов имени Маршалла НАСА в Хантсвилле, штат Алабама, в партнерстве с компанией Elementum 3D в Эри, штат Колорадо, создали свариваемый тип алюминия, достаточно термостойкий для использования в ракетных двигателях. По сравнению с другими металлами алюминий имеет меньшую плотность и позволяет создавать высокопрочные и легкие компоненты. Однако из-за его низкой устойчивости к экстремальным температурам и склонности к растрескиванию во время сварки алюминий обычно не используется для аддитивного производства деталей ракетных двигателей — до сих пор.
Познакомьтесь с последней разработкой НАСА в рамках проекта «Реактивное аддитивное производство для четвертой промышленной революции» или RAMFIRE. RAMFIRE специализируется на разработке легких ракетных сопел из алюминия, изготовленных аддитивным способом. Форсунки имеют небольшие внутренние каналы, которые обеспечивают достаточное охлаждение сопла и предотвращение его плавления. При использовании традиционных методов производства для насадки может потребоваться до тысячи индивидуально соединенных деталей. Сопло RAMFIRE изготовлено как единое целое, что требует гораздо меньшего количества склеек и значительно сокращает время производства. НАСА и Elementum 3D впервые разработали новый алюминиевый вариант, известный как A6061-RAM2, для создания сопла и модификации порошка, используемого с помощью технологии лазерного осаждения энергии порошка (LP-DED). Другой коммерческий партнер, компания RPM Innovations (RPMI) из Рапид-Сити, Южная Дакота, использовала недавно изобретенный алюминий и специальный порошок для изготовления форсунок RAMFIRE по технологии LP-DED.
«Отраслевые партнерские отношения со специализированными производителями помогают развивать базу поставок и помогают сделать аддитивное производство более доступным для миссий НАСА и более широкой коммерческой и аэрокосмической промышленности», — сказал Пол Градл, главный исследователь RAMFIRE в NASA Marshall. Цели НАСА по пересадке Луны на Марс требуют возможности отправлять больше грузов в дальний космос. Новый сплав может сыграть в этом важную роль, позволяя производить легкие компоненты ракет, способные выдерживать высокие структурные нагрузки. «Масса имеет решающее значение для будущих миссий НАСА в дальний космос», — сказал Джон Викерс, главный технолог передового производства STMD. «Такие проекты, как этот, развивают аддитивное производство вместе с передовыми материалами и помогут разработать новые двигательные установки, космическое производство и инфраструктуру, необходимую для амбициозных миссий НАСА на Луну, Марс и за их пределы».
Ранее этим летом на Восточном испытательном полигоне Маршалла два сопла RAMFIRE завершили многочисленные испытания горячим огнем с использованием жидкого кислорода и жидкого водорода, а также конфигураций жидкого кислорода и жидкого метана. При давлении в камерах давления, превышающем 825 фунтов на квадратный дюйм (psi) — больше, чем ожидалось при испытательном давлении, — форсунки успешно выполнили 22 запуска и 579 секунд, или почти 10 минут, времени работы. Это мероприятие демонстрирует, что сопла могут работать в самых сложных условиях глубокого космоса. «Эта серия испытаний знаменует собой важную веху для сопла», — сказал Градл. «После того, как сопло прошло серию сложных испытаний горячим огнем, мы продемонстрировали, что сопло может выдерживать термические, структурные нагрузки и нагрузки давления для двигателя лунного посадочного модуля».
Помимо успешного создания и испытаний сопел ракетного двигателя, проект RAMFIRE использовал алюминиевый материал RAMFIRE и процесс аддитивного производства для создания других передовых крупных компонентов в демонстрационных целях. К ним относятся аэродинамическое сопло диаметром 36 дюймов со сложными встроенными каналами для охлаждающей жидкости и резервуар с вакуумной рубашкой для применения с криогенными жидкостями. НАСА и отраслевые партнеры работают над обменом данными и процессами с коммерческими заинтересованными сторонами и научными кругами. Различные аэрокосмические компании оценивают новый сплав и процесс аддитивного производства LP-DED и ищут способы его использования для изготовления компонентов для спутников и других приложений.
