صواريخ مطبوعة ثلاثية الأبعاد معدة للانفجار

إذا كان إطلاق Terran1 لهذا الصيف من Cape Canaveral ناجحًا ، الفضاء النسبي ستكون أول شركة لتصنيع الطائرات ترسل صاروخًا مطبوعًا بالكامل بطباعة ثلاثية الأبعاد إلى الفضاء. بعد فترة وجيزة ، اتصلت شركة ناشئة في كاليفورنيا راجمة ستنشر منصتها الفضائية Orbiter التي تعمل بمحركات صاروخية مطبوعة ثلاثية الأبعاد بعد الحصول على دفعة في الفضاء من SpaceX.

من الصعب المبالغة في تقدير تأثير الطباعة ثلاثية الأبعاد - التي تسمى أيضًا التصنيع الإضافي - على صناعة الفضاء. لم تسمح أي تقنية أخرى للعديد من الشركات بدخول هذه الصناعة وتقديم المركبات والمحركات والصواريخ في وقت قصير جدًا وبتكاليف منخفضة. والآن ، يستعد عدد الشركات المصنعة للصواريخ المبتدئة للازدهار حيث أثبت المزيد من الطابعات ثلاثية الأبعاد المتوفرة تجاريًا أنها قادرة على إنتاج مكونات جديرة بالفضاء.

على سبيل المثال ، شركة طيران في المملكة المتحدة Orbex تأمل أن تنطلق صواريخها المطبوعة ثلاثية الأبعاد ، والمصنوعة بأحدث طابعة معدنية ثلاثية الأبعاد من الشركة الألمانية EOS ، من اسكتلندا بحلول نهاية العام. وفي الولايات المتحدة ، صانع محركات الصواريخ الشاب Ursa Major تتلقى الطلبات الآن لمحرك الدفع Arroway الجديد المصمم لتحل محل مصادر الدفع الروسية الصنع غير المتوفرة حاليًا. إنها أيضًا مطبوعة ثلاثية الأبعاد باستخدام طابعات معدنية ثلاثية الأبعاد متوفرة.

يقول Jake Bowles ، مدير التصنيع والمواد المتقدمة في Ursa Major ، الذي قضى خمس سنوات في SpaceX: "لا أعتقد أن شركتنا كانت ستوجد بدون الطباعة ثلاثية الأبعاد". "كان تطورنا مرتبطًا ارتباطًا وثيقًا بوجود ونضج الطباعة ثلاثية الأبعاد."

شرع Ursa Major في طرح محرك في السوق بوتيرة أسرع بكثير مما كان عليه من قبل ، في شهور وليس سنوات ، وهو ما كان ممكنًا فقط من خلال النماذج الأولية والتصنيع باستخدام طابعات ثلاثية الأبعاد ، كما يقول بولز.

بينما طورت Relativity Space وغيرها تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد خاصة بصواريخها ، يقول بولز إن استخدام الطابعات ثلاثية الأبعاد التجارية الجديدة مكن Ursa Major من الحفاظ على التكاليف تحت السيطرة وتكرار التصميمات بسرعة ، دون الحاجة إلى التعثر في التطور التكنولوجي المبكر المطلوب مع الطابعات ثلاثية الأبعاد المحلية .

يقول بولز: "يقوم فريقنا باستمرار بتقييم شركات الطابعات ثلاثية الأبعاد الجديدة التي تقدم ابتكارات نظرًا لوجود قدر كبير من المنافسة للحصول على حصة من سوق إطلاق الطيران والفضاء". من المتوقع أن يصل حجم سوق الطباعة ثلاثية الأبعاد للفضاء العالمي إلى 3 مليار دولار بحلول عام 3 ، وفقًا لأبحاث السوق الإستراتيجية.

تتسابق الشركات لتقديم أقوى الخيارات وأكثرها مرونة وأرخصها للشركات ، مثل أمازونAMZN
، التي تتطلع إلى وضع الأقمار الصناعية في المدار لتقديم نطاق عريض عالمي ، والتقاط صور عالية الدقة للنشاط على الأرض ، وحتى إنشاء فنادق خاصة بمحطات فضائية للأثرياء.

الطباعة ثلاثية الأبعاد تغذي السباق لتسويق الفضاء

مع تقنية التصنيع المضافة التي تقلل تكاليف الإطلاق بنسبة تصل إلى 95٪ مقارنة ببرنامج مكوك الفضاء التابع لناسا ، فإن الباب مفتوح لمزيد من الخدمات من المدار الذي يقود المنافسة الشديدة بين صانعي الصواريخ. يقرأ شعار شركة Launcher مثل إعلان Walmart: "في أي مكان في الفضاء بأقل تكلفة."

إن خفض تكلفة نشر الأقمار الصناعية بالملايين حصل مؤخرًا على تمويل Launcher من قوة الفضاء الأمريكية لمواصلة تطوير محركها الصاروخي السائل عالي الأداء E-2 المطبوع ثلاثي الأبعاد لمركبة الإطلاق Launcher Light ، المقرر إطلاقها في عام 3. قوة الفضاء الأمريكية قال: "إن محرك الصاروخ السائل E-2024 للقاذفة لديه القدرة على تقليل السعر بشكل كبير لتسليم أقمار صناعية صغيرة إلى المدار على مركبات إطلاق صغيرة مخصصة ، وهي قدرة وأولوية رئيسية للقوة الفضائية."

لخفض التكاليف وتسريع الإنتاج ، يستخدم Launcher أيضًا طابعات ثلاثية الأبعاد من EOS بالإضافة إلى Velo3D ومقرها كاليفورنيا.

يقول ماكس هاوت ، المؤسس والرئيس التنفيذي لشركة Launcher: "تتطلب أجزاء المضخة التوربينية لمحرك الصواريخ عادةً الصب والتزوير واللحام". "تزيد الأدوات المطلوبة لهذه العمليات من تكلفة التطوير وتقلل من المرونة بين تكرارات التصميم. إن القدرة على الطباعة ثلاثية الأبعاد للمضخة التوربينية الخاصة بنا ، بما في ذلك الدفاعات المغطاة بغطاء Inconel الدوارة ، بفضل تقنية الدرجة الصفرية من Velo3D ، تجعل ذلك ممكنًا الآن بتكلفة أقل وزيادة الابتكار من خلال التكرار بين كل نموذج أولي. "

مع أساليب التصنيع التقليدية للفضاء ، من الشائع سماع فترات زمنية تتراوح من تسعة إلى 12 شهرًا ونفقات ضخمة في الأدوات اللازمة للبناء والاختبار ، وهو شيء مثل محرك الاحتراق المرحلي الغني بالأكسجين الذي يتغذى بالمضخات ، كما يقول إدواردو روندون ، أحد كبار خبراء الدفع محلل في Ursa Major ، أحد قدامى المحاربين في SpaceX. "يتيح لنا التصنيع الإضافي وضع تصميم جديد على منصة الاختبار ، واتخاذ قرار بإجراء تغيير ، والعمل على بنية بديلة ، وطباعته ، والحصول عليه في المنصة في غضون أسابيع."

يطبع Orbex 3D صواريخه على نفس نوع الطابعة مثل Launcher ، و ايه ام سي ام M4K-4 منصة طباعة معدنية من شركة EOS والتي صدرت عام 2021. كما استخدمت الشركة طابعات معدنية ثلاثية الأبعاد من شركة SLM Solutions الألمانية.

الطباعة ثلاثية الأبعاد ليست فقط للشركات الناشئة

تتمتع الطباعة ثلاثية الأبعاد بتاريخ طويل في الفضاء منذ أن كشفت SpaceX عن محركها الصاروخي SuperDraco المطبوع ثلاثي الأبعاد في عام 3.

عملاق الفضاء Aerojet Rocketdyneأجرد
تمت إعادة تصميم عائلة محركات الصواريخ Bantam في عام 2017 للاستفادة الكاملة من إمكانات التصنيع المضافة التي تقلل إجمالي وقت التصميم والتصنيع من أكثر من عام إلى شهرين مع خفض التكلفة بنحو 65٪ مقارنة بأساليب التصنيع التقليدية.

تقول الشركة: "هذه المحركات ، التي تتكون عادةً من أكثر من 100 جزء ، تُبنى من ثلاثة مكونات رئيسية مُصنَّعة بالمواد المضافة فقط: مجموعة الحاقن ، وغرفة الاحتراق ، وقسم الحلق والفوهة المتجانسين".

أطلقت شركة Rocket Lab ، وهي شركة رائدة أخرى في إطلاق الأقمار الصناعية التجارية ، لأول مرة محركها الصاروخي الخفيف الوزن ذو الطباعة ثلاثية الأبعاد ، Rutherford ، في عام 3. غرفة الاحتراق ، والحاقنات ، والمضخات ، وصمامات الوقود الرئيسية كلها مطبوعة بتقنية 2017D وقد قامت بالفعل بتشغيل 3 عملية إطلاق ، بما في ذلك واحد هذا الأسبوع.

يوم الثلاثاء، مختبر الصواريخ قام محرك رذرفورد بتشغيل صاروخ إلكترون للشركة من نيوزيلندا بحمولة ناسا متجهة إلى القمر.

على الرغم من حقيقة أن ناسا والمحاربين المخضرمين في الإطلاق قد اختبروا التصنيع الإضافي والتحققوا من صحته ودمجهوا في برامجهم لسنوات ، فقد نضجت تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد التجارية اليوم ومواد السبائك المعدنية المتقدمة بسرعة كبيرة بحيث يمكن لشركات مثل Launcher و Ursa Major و Orbex الحصول عليها من النموذج الأولي إلى الإطلاق في وقت أقل مقابل أموال أقل.

يقول بولز: "بدأنا من اليوم الأول في التصميم حول الطباعة ثلاثية الأبعاد ، والاستفادة من الإمكانات التي توفرها". "لقد سمح لنا ذلك ببناء المعرفة الداخلية حول كيفية تحسين التصميمات للطباعة ثلاثية الأبعاد ، والتي يمكننا بعد ذلك تطبيقها على المحركات الجديدة التي نحتاج إلى تطويرها وبيعها لتلبية طلب السوق. ومن خلال معرفة كيفية القيام بذلك ، يمكننا الوصول إلى السوق بشكل أسرع ".