NASA predstavlja aluminijsku mlaznicu raketnog motora izrađenu s AM tehnologijom

25.04.2024

NASA je izvijestila o ispitivanju aditivno izrađenih mlaznica raketnih motora od aluminija. Kako su lakše od tradicionalnih mlaznica, očekuje se da će razvoj utrti put misijama u svemir, jer će moći nositi veće terete.

NASA je izvijestila o ispitivanju aditivno izrađenih mlaznica raketnih motora od aluminija. Kako su lakše od tradicionalnih mlaznica, očekuje se da će razvoj utrti put misijama u svemir, jer će moći nositi veće terete.

Inženjeri iz NASA Marshall Space Flight Centra u Huntsvillu u Alabami s Elementum 3D Erieu u Koloradu sudjelovali pri razvoju zavarljive vrste aluminija, koji je toplinski dovoljno otporan za primjenu u raketnim motorima. U usporedbi s drugim metalima, aluminij ima manju gustoću i omogućuje izradu visoko čvrstih i laganih komponenata.

Zbog niske tolerancije na ekstremnu vrućinu i sklonost pucanju tijekom zavarivanja, aluminij se ne primjenjuje baš često za aditivnu proizvodnju dijelova raketnih motora. Međutim, NASA je u okviru projekta Reactive Additive Manufacturing for the Fourth Industrial Revolution (RAMFIRE) provela istraživanja upravo na tom području. Projekt RAMFIRE, kojeg financira NASA direktorat za svemirske tehnologije (STMD), namijenjen je napretku aditivno izrađenih aluminijskih raketnih mlaznica. Te mlaznice su izrađene s malim unutrašnjim kanalima koji moraju održavati dovoljno hladnima i spriječiti taljenje.

U pogonu RPM Innovation (RPMI) u Rapid City u Južnoj Dakoti odvija se proizvodnja mlaznice aerospike s integriranim kanalima. Postupkom laserskog nanošenja praha (LP-DED) s pomoću lasera se stvara bazen taljevine i zatim upuhuje prah nanošenjem materijala sloj-po-sloj. NASA inženjeri će mlaznicu primijeniti kao dokaz pri novim konstrukcijama komponenata.

Mlaznica RAMFIRE

Kod uobičajenih proizvodnih metoda, mlaznica može biti sastavljena s do tisuću pojedinačno spojenih dijelova. No mlaznica RAMFIRE je izrađena kao jedan dio, što znači manje instalacija i u velikoj mjeri skraćeno vrijeme izrade.

NASA i Elementum 3D su surađivali pri razvoju nove inačice aluminija, nazvane A6061-RAM2. Ta inačica je bila primijenjena za izradu mlaznice i modifikaciju praha, koji se primjenjuje u tehnologiji proizvodnje izravnog laserski usmjerenog nanošenja energije (engl. Direct Energy Deposition – DED). Tvrtka RPM Innovations (RMPI) u gradu Rapid City u Južnoj Dakoti je primijenila novo izumljeni aluminij i specijalizirani prah za izrađu mlaznice RAMFIRE postupkom izravnog laserski usmjerenog nanošenja energije.

»Industrijska partnerstva s posebnim proizvođačima pomažu pri traženju odgovarajućih dobavljača, čime je aditivna proizvodnja dostupnija za NASA misije i širu komercijalnu te svemirsku industriju,« rekao je Paul Gradl, glavni istraživač na projektu RAMFIRE u NASA Marshall. »Skratili smo proizvodni proces, što nam omogućuje, da u nekoliko dana izradimo opsežne komponente motora,« nastavio je.

Demonstracijski rezervoar za izradu vakuumskog plašta, razvijen u Centru za svemirska lansiranja Marshall u Huntsvillu u Alabami, s aluminijskim materijalom 6061-RAM2, primijenjenim u okviru projekta RAMFIRE. Komponenta, izrađena za primjenu s kriogenom tekućino, razvijena je zasnovana sa serijom integriranih rashladnih kanala, a ima debljinu stijenke približno 0,06 inča (oko 1,5 mm)

NASA projekti 'od Mjeseca do Marsa' zahtijevaju mogućnost prijevoza većeg tereta do ciljeva u svemiru. Legura bi mogla biti ključna pri postizanju tog cilja, jer bi omogućila proizvodnju lakih raketnih komponenata, koje mogu podnijeti velika strukturna opterećenja.

»Masa je ključna za buduće NASA misije u svemir,« izjavio je John Vickers, glavni tehnolog za naprednu proizvodnju STMD. »Projekti, kao što je ovaj, će pomoći razviti nove pogonske sustave, proizvodnju u svemiru i infrastrukturu, potrebnu za NASA ambiciozne misije na Mjesec, Mars i na još neke destinacije.« Početkom prošlog ljeta su na Marshall's East Test Area dvije RAMFIRE mlaznice bile podvrgnute višekratnim ispitivanjima vrućim plamenom, primjenom različitih konfiguracija goriva. One uključuju tekući kisik i tekući vodik, kao i tekući kisik i tekući metan. Pri testiranju kod tlakova koji premašuju 825 funti po kvadratnom inču (psi) (približno 57 bara), mlaznice su djelovale besprijekorno, obavile dvadeset i dva paljenja i ukupno vrijeme djelovanja 579 sekundi ili gotovo deset minuta. Taj uspješni test dokazuje sposobnost mlaznica za učinkovito djelovanje u najzahtjevnijih okruženjima udaljenog svemira.

   
»Ispitana serija predstavlja važnu prekretnicu,« dodao je Gradl. »Nakon što smo mlaznice ispitali u zahtjevnoj seriji ispitivanja vrućim plamenom, dokazali smo, da mlaznica može preživjeti toplinska, strukturna i tlačna opterećenja na motor lunarnog modula za pristajanje.«

Projekt RAMFIRE je postigao uspjeh pri izradi i testiranju mlaznica raketnih motora, a pri tome su primjenjivali aluminijski materijal RAMFIRE i postupak aditivne proizvodnje za stvaranje dodatnih naprednih velikih komponenata u demonstracijske svrhe. Te komponente uključuju mlaznicu aerospike s promjerom 91,4 cm s kompleksnim integralnim kanalima za rashladnu tekućinu i rezervoar s vakuumskim plaštem, razvijen za promjenu s kriogenom tekućinom.

NASA i njeni industrijski partneri surađuju pri razmjeni podataka i procesa s komercijalnim dionicima i akademskim krugovima. Više zrakoplovnih i svemirskih tvrtki trenutačno evaluira novu leguru i laserski postupak aditivne proizvodnje s usmjerenim nanošenjem energije na praškasti materijal. Istražuju načine, kako bi ga mogli primjenjivati za izradu komponenata za satelite i druge aplikacije.