Au cours du programme Apollo original, la NASA a produit plus de 650 propulseurs pour soutenir six alunissages. En fait, chaque module Apollo Lunar et Service comportait quatre systèmes de contrôle de réaction (RCS) "quad", chacun d'entre eux générant plus de 100 livres de poussée pour contrôler le roulis, le tangage et le lacet du vaisseau spatial pendant le vol.
Alors que ces prouesses d'ingénierie ont propulsé ces premières missions critiques, ces applications remontent maintenant à 60 ans. Alors que nous regardons vers l'avenir, le programme Artemis de la NASA vise à placer le vaisseau spatial Orion sans pilote en orbite lunaire, dans le but ultime de réaliser des atterrissages en équipage sur la Lune, qui servirait ensuite de point de lancement pour l'exploration de Mars.
Aerojet RocketdyneLe défi unique de
Le quad RCS a été une étape importante lors de sa création initiale, mais pour réitérer, 60 ans d'innovation dans l'exploration spatiale peuvent modifier les perspectives de conceptions autrefois à la pointe de la technologie. Aerojet Rocketdyne a cherché à améliorer le RCS d'origine, en adaptant sa conception pour réduire le poids et améliorer les qualités des matériaux sans sacrifier la complexité de conception qui définissait l'itération d'origine.
Heureusement, au cours de ces 60 années d'innovation, les progrès réalisés dans la fabrication additive métallique (FA) avancée pourraient permettre l'amélioration des pièces centrales avec une efficacité sans précédent. Pour atteindre leurs objectifs, Aerojet Rocketdyne engagé nTopologie pour les améliorations de conception et de modélisation du RCS, et Velo3D pour exécuter ces conceptions.
Lors de l'évaluation des partenaires de fabrication potentiels, Aerojet Rocketdyne rencontré des problèmes avec les méthodes de fabrication traditionnelles et les systèmes de fabrication additive métallique conventionnels. Pour la fabrication traditionnelle telle que la coulée, le brasage et le soudage, la complexité requise des canaux internes était pratiquement impossible à réaliser compte tenu des niveaux de post-traitement requis.
Les systèmes AM métalliques conventionnels ont eu du mal avec les caractéristiques de treillis délicates de la pièce, utilisées pour augmenter la rigidité, et soumettraient la construction au contact du revêtement qui à son tour menaçait l'intégrité de la pièce. Ces systèmes nécessitaient également le tangage de la plaque de construction pour la fabrication, ce qui non seulement déformait la pièce finale, mais nécessitait en outre des structures de support étendues qui devaient être extraites lors du post-traitement.
La solution Velo3D et nTopology
Avec un mandat clair d'optimisation des pièces, de réduction de poids et d'amélioration de la qualité des matériaux, tout en restant soucieux des coûts, Velo3D et nTopology se sont mis au travail.
Travailler avec nTopology et Velo3D, Aerojet Rocketdyne a combiné les dernières avancées en matière de technologie logicielle de conception et la solution de fabrication de bout en bout Velo3D, avec la technologie de propulsion hypergolique MON-25 évolutive, pour créer un Quad RCS hautes performances à une fraction du coût de production des conceptions RCS héritées.
"Comme pour toute entreprise complexe, plus vous pouvez la rendre abordable, plus vous avez de chances d'assurer son achèvement, et la lune n'est pas différente", a déclaré James Horton, ingénieur aérospatial et architecte de mission chez Aerojet Rocketdyne. "Metal AM joue un rôle clé dans la réalisation de ces objectifs."
Velo3D a imprimé la pièce en Inconel® 718, un alliage à base de nickel, qui offrait une alternative marquée au titane 6Al-4V de l'injecteur quadruple d'origine, réputé pour ses impressions dures et cassantes.
Utilisation de Velo3D Sapphire les imprimantes, Aerojet Rocketdyne a été en mesure d'obtenir des caractéristiques de conception de treillis internes complexes et optimisées sans avoir besoin de structures de support étendues ou de gauchissement de la plaque de construction inclinée.
En fin de compte, Aerojet Rocketdyne s'est retrouvé avec un propulseur RCS qui représente 1/5 de la masse, 1/2 de la taille et 1/3 du coût d'une version fabriquée de manière conventionnelle. Il contient également beaucoup moins de composants grâce aux connaissances de conception de nTopology, ce qui facilite son assemblage, avec beaucoup moins de risques de panne pendant le fonctionnement.
Aerojet Rocketdyne Bloc d'injection Mark II dans différentes orientations. La partie est composée de Titanium 6AI-4V et a été imprimé sur un Velo3D Sapphire imprimante 3D métal.
Alors que nous nous tournons vers l'avenir de l'exploration spatiale, un bon point de départ consiste à améliorer et à optimiser les innovations du passé. En exploitant le potentiel des solutions de conception et de fabrication modernes de pointe, Aerojet Rocketdyne a pu insuffler une nouvelle vie à leur quad RCS et le préparer pour l'avenir.
