Durante il programma Apollo originale, la NASA ha prodotto più di 650 propulsori per supportare sei allunaggi. In effetti, ogni modulo lunare e di servizio dell'Apollo presentava quattro sistemi di controllo della reazione (RCS) "quadrupli", ognuno dei quali generava più di 100 libbre di spinta per controllare il rollio, il beccheggio e l'imbardata del veicolo spaziale durante il volo.
Mentre queste imprese ingegneristiche hanno spinto quelle prime missioni critiche, quelle applicazioni sono ormai 60 anni fa. Mentre guardiamo avanti, il programma Artemis della NASA mira a posizionare la navicella spaziale Orion senza equipaggio in orbita lunare, con l'obiettivo finale di raggiungere atterraggi con equipaggio sulla Luna, che servirebbe quindi come punto di lancio per l'esplorazione di Marte.
Aerojet RocketdyneSfida unica di
Il quad RCS è stato una pietra miliare nella sua creazione iniziale, ma per ribadire, 60 anni di innovazione nell'esplorazione dello spazio possono alterare le prospettive di progetti un tempo all'avanguardia. Aerojet Rocketdyne ha cercato di migliorare l'RCS originale, adattando il suo design per ridurre il peso e migliorare le qualità dei materiali senza sacrificare la complessità del design che ha definito l'iterazione originale.
Fortunatamente, in quei 60 anni di innovazione, i progressi compiuti nella produzione avanzata di additivi metallici (AM) potrebbero consentire il miglioramento delle parti fondamentali con un'efficacia senza precedenti. Per raggiungere i propri obiettivi, Aerojet Rocketdyne impegnato nTopologia per miglioramenti di progettazione e modellazione all'RCS e Velo3D da eseguire su tali progetti.
Nella valutazione di potenziali partner di produzione, Aerojet Rocketdyne ha riscontrato problemi sia con i metodi di produzione tradizionali che con i tradizionali sistemi AM in metallo. Per la produzione tradizionale come la fusione, la brasatura e la saldatura, la complessità richiesta dei canali interni era quasi impossibile da realizzare dati i livelli di post-elaborazione richiesti.
I tradizionali sistemi AM in metallo hanno lottato con le delicate caratteristiche del reticolo della parte, utilizzate per aumentare la rigidità, e sottoponevano la costruzione al contatto con il rivestimento, che a sua volta minacciava l'integrità della parte. Questi sistemi richiedevano anche l'inclinazione della piastra di costruzione per la produzione, il che non solo deformava la parte finale, ma richiedeva inoltre ampie strutture di supporto che avrebbero dovuto essere estratte durante la post-elaborazione.
La soluzione Velo3D e nTopology
Con un chiaro mandato di ottimizzazione delle parti, riduzione del peso e migliore qualità dei materiali, pur rimanendo attenti ai costi, Velo3D e nTopology si sono messi al lavoro.
Lavorando con nTopology e Velo3D, Aerojet Rocketdyne ha combinato gli ultimi progressi nella tecnologia del software di progettazione e la soluzione di produzione end-to-end Velo3D, con la tecnologia di propulsione ipergolica scalabile MON-25, per creare un quad RCS ad alte prestazioni a una frazione del costo di produzione dei progetti RCS legacy.
"Come per qualsiasi impresa complessa, più economica puoi renderla, maggiori sono le possibilità che tu ne assicuri il completamento, e la luna non è diversa", ha affermato James Horton, ingegnere aerospaziale e architetto di missione presso Aerojet Rocketdyne. "Metal AM svolge un ruolo chiave nel raggiungimento di questi obiettivi."
Velo3D ha stampato la parte utilizzando Inconel® 718, una lega a base di nichel, che ha fornito una marcata alternativa al titanio 6Al-4V dell'iniettore quad originale, noto per la stampa dura e fragile.
Utilizzo di Velo3D Sapphire stampanti, Aerojet Rocketdyne è stato in grado di ottenere caratteristiche di progettazione del reticolo interno ottimizzate e complesse senza la necessità di strutture di supporto estese o deformazioni della piastra di costruzione inclinata.
Alla fine, Aerojet Rocketdyne è stato lasciato con un propulsore RCS che è 1/5 della massa, 1/2 delle dimensioni e 1/3 del costo di una versione prodotta convenzionalmente. Contiene anche molti meno componenti grazie alla conoscenza del design di nTopology, rendendo più facile l'assemblaggio, con molte meno possibilità di guasto durante il funzionamento.
Aerojet Rocketdyne Blocco iniettore Mark II in diversi orientamenti. La parte è composta da Titanium 6AI-4V ed è stato stampato su un Velo3D Sapphire stampante 3D in metallo.
Mentre guardiamo al futuro dell'esplorazione spaziale, un buon punto di partenza è migliorare e ottimizzare le innovazioni del passato. Sfruttando il potenziale delle moderne soluzioni di progettazione e produzione all'avanguardia, Aerojet Rocketdyne è stato in grado di dare nuova vita al loro quad RCS e prepararlo per il futuro.
