Wenn Sie sich das Wachstum der Weltraumstarts in den letzten zehn Jahren ansehen, ist es erstaunlich zu sehen, wie schnell die Menschheit die Zahl der in den Orbit gelieferten Nutzlasten erhöht hat.
Durch die Nutzung der neuesten und fortschrittlichsten Fertigungstechnologien haben Raumfahrt-Startups es viel erschwinglicher gemacht, Nutzlasten mit neuen, verbesserten und optimierten Trägerraketen in den Weltraum zu bringen.
Diese Trägerraketen bringen Nutzlasten für weitaus weniger in den Weltraum als die Raketen, die wir in den 70er und 80er Jahren gesehen haben. Bei vielen modernen Raketentriebwerken sind die Kosten für die Beförderung eines Kilo in den Orbit um bis zu 90 % gesunken. Viele dieser Kostenverbesserungen wurden durch neue Fertigungstechniken ermöglicht. Andere werden durch neue Designs ermöglicht. Die besten Orbitalstartsysteme verwenden beides.
Was viele jedoch nicht wissen, ist, dass der 3D-Druck eine große Rolle bei der Herstellung von Raketentriebwerken der nächsten Generation spielt. Dies sind keine verbraucherorientierten 3D-Kunststoffdrucker, mit denen viele vertraut sind. Stattdessen verfügen einige der modernsten Raketen von heute über komplexe Geometrien, die eine echte Leistungsoptimierung bieten und aus beeindruckenden 3D-gedruckten Metalllegierungen bestehen, die hauptsächlich für Weltraumanwendungen entwickelt wurden.
Nahezu jedes neue Raumfahrtunternehmen nutzt den 3D-Druck zur Herstellung unternehmenskritischer Komponenten. Einige der Anwendungen umfassen Turbopumpen, Kraftstoffeinspritzdüsen, Wärmetauscher und regenerativ gekühlte Schubkammern und Düsen. Sogar traditionelle Weltraumorganisationen wie die NASA erforschen den 3D-Druck, um Innovationen voranzutreiben.
Man kann mit Sicherheit sagen, dass der 3D-Druck eine entscheidende Rolle bei dem Wunsch der Menschheit spielt, den Weltraum zu erforschen, den Mars zu kolonisieren und eine multiplanetare Spezies zu werden.
Was der Metall-3D-Druck Luft- und Raumfahrtingenieuren ermöglicht, ist die Möglichkeit, Teile herzustellen, ohne ihr Design zugunsten der Herstellbarkeit zu beeinträchtigen. Oft müssen Ingenieure ihre leistungsoptimierten Designs ändern, weil sie einfach zu komplex oder zu teuer sind, um sie mit herkömmlichen Fertigungstechniken zuverlässig herzustellen.
Mit dem 3D-Metalldruck sind Ingenieure von diesen Einschränkungen befreit.
Diese Technologie wird jedoch nicht nur zur Herstellung von Motoren, sondern auch zur Herstellung von Komponenten für Raumfahrzeuge und Satelliten verwendet.
Launcher, ein in Hawthorne, Kalifornien, ansässiges Raumfahrt-Startup, ist ein Paradebeispiel für ein Unternehmen, das 3D-Druck sowohl für Raketentriebwerke als auch für Raumfahrzeuge einsetzt.
Anfang dieses Monats startete das Unternehmen erfolgreich sein Orbiter-Satellitentransferfahrzeug an Bord der Transporter-6-Mission von SpaceX.
Das Fahrzeug wurde entwickelt, um Satelliten im Orbit zum niedrigsten Preis präzise zu positionieren. Früher erforderte die Bewältigung dieser Aufgabe einen dedizierten Start, der im Vergleich zu einem Mitfahrdienst bis zu 10-mal teurer sein kann.
Orbiter verwendete eine große Anzahl von 3D-gedruckten Teilen in aluminum F357, titanium 6AI-4V, und Inconel 718 (eine Superlegierung auf Nickelbasis, die bei sehr hohen Temperaturen betrieben werden kann). Die 3D-gedruckten Teile wurden aufgrund der Fähigkeit des 3D-Drucks ausgewählt, die Leistung zu verbessern oder die Vorlaufzeit der Teile zu verkürzen. Diese Teile sind in dieser Grafik zu sehen.
- Panzer (Titanium 6AI-4V): Mehrzwecktanks, die als Primär- und Sekundärstruktur sowie Treibstofftanks verwendet werden, gedruckt als Einzelteil ohne interne Stützen.
- Strahlruderhalterung (Aluminum F357): Dies hält die Strahlruder-Verteilerbaugruppe.
- Thruster-Verteiler (Aluminum F357): Wird zur Lageregelung und Positionshaltung verwendet,
Betankung des Orbiter-Triebwerks. - Orbiter-Motor-Injektoren (Inconel® 718): Mischt Treibmittel, das im Motor verbrannt werden soll
Brennkammer. - Orbiter-Triebwerkskammern (Inconel® 718): Haupttriebwerk für Positionsänderungen im Orbit
Oriber, um Nutzlasten ordnungsgemäß in bestimmten Umlaufbahnen zu platzieren. - Schubstruktur (Titanium 6AI-4V): Unterstützt die Orbiter-Engine und die Gimbal-Baugruppe.
- Federgehäuse (Titanium 6AI-4V): Federn für das Trennsystem halten
verbindet Orbiter mit der Trägerrakete. - Star-Kamera-Schallwand (Aluminum F357): Wird für die präzise Navigation verwendet, um den Orbiter am Laufen zu halten.
Orbit.
Durch 3D-Druck, Launcher konnte die Entwicklungszeit dieses Satellitentransferfahrzeugs schnell iterieren und drastisch verkürzen. Diese Art der schnellen Iteration ist einer der größten Vorteile bei der Verwendung des 3D-Drucks zur Entwicklung von Anwendungen für den Weltraum.
Anstatt neue Werkzeuge für modifizierte Teile zu entwickeln, ändern Sie einfach die Designdatei und drucken eine neue Version. Nachdem die Entwürfe fertiggestellt sind, ermöglicht der 3D-Metalldruck dem Unternehmen auch, die Produktion schnell hochzufahren.
Im kommenden Jahrzehnt wird der Metall-3D-Druck einer der größten Treiber für Innovationen in der Raumfahrt sein. Launcher ist ein hervorragendes Beispiel dafür, wie die Technologie Unternehmen hilft, große Auswirkungen auf die Gesellschaft zu erzielen – und das hört bei Orbiter nicht auf. Launcher verwendet auch Metall-3D-Drucklösungen von Velo3D, um wichtige Komponenten für sein E2-Raketentriebwerk herzustellen, das ein geschlossener, gestufter Verbrennungsmotor ist, der die erste Stufe seiner leichten Trägerrakete antreibt.
Dieser hocheffiziente Motor ermöglicht es einer kleinen, kostengünstigen Rakete, eine vergleichsweise große Menge an Nutzlast zu tragen.
Wenn die Menschheit schließlich den Mars erreicht, wird dies durch 3D-gedruckte Teile ermöglicht.
Hinweis: Dieser Artikel wurde ursprünglich am 16. Januar 2023 von Keith Cowing veröffentlicht spaceref.com.
