Roket Cetak 3D Siap Diledakkan

Jika peluncuran Terran1 musim panas ini dari Cape Canaveral sukses, Ruang Relativitas akan menjadi perusahaan manufaktur kedirgantaraan pertama yang mengirim roket yang sepenuhnya dicetak 3D ke luar angkasa. Segera setelah itu, sebuah perusahaan rintisan California bernama peluncur akan menyebarkan platform satelit Orbiter yang ditenagai oleh mesin roket cetak 3D setelah mendapat dorongan ke luar angkasa dari SpaceX.

Sulit untuk melebih-lebihkan dampak pencetakan 3D – juga disebut manufaktur aditif – terhadap industri luar angkasa. Tidak ada teknologi lain yang memungkinkan begitu banyak perusahaan memasuki industri ini dan mengirimkan kendaraan, mesin, dan roket dalam waktu yang sangat singkat dengan biaya yang begitu rendah. Dan sekarang, jumlah produsen roket pemula siap untuk booming karena lebih banyak printer 3D yang tersedia secara komersial terbukti mampu menghasilkan komponen yang layak ruang.

Misalnya, perusahaan kedirgantaraan yang berbasis di Inggris Orbex berharap roket cetak 3D-nya, yang dibuat dengan printer 3D logam terbaru dari pabrikan Jerman EOS, akan diluncurkan dari Skotlandia pada akhir tahun. Dan di AS, pembuat mesin roket muda bintang biduk sekarang menerima pesanan untuk mesin propulsi Arroway baru yang dirancang untuk menggantikan sumber propulsi buatan Rusia yang sekarang tidak tersedia. Ini juga dicetak 3D menggunakan printer 3D logam yang tersedia.

“Saya rasa perusahaan kami tidak akan ada tanpa pencetakan 3D,” kata Jake Bowles, direktur manufaktur dan material canggih di Ursa Major, yang menghabiskan lima tahun di SpaceX. “Evolusi kami sangat terkait dengan keberadaan dan kematangan pencetakan 3D.”

Ursa Major berangkat untuk membawa mesin ke pasar dengan kecepatan yang jauh lebih cepat daripada yang telah dilakukan sebelumnya, dalam beberapa bulan bukan tahun, yang hanya mungkin dilakukan dengan membuat prototipe dan manufaktur dengan printer 3D, kata Bowles.

Sementara Relativity Space dan lainnya telah mengembangkan teknologi pencetakan 3D eksklusif untuk roket mereka, Bowles mengatakan menggunakan printer 3D komersial baru memungkinkan Ursa Major untuk mengendalikan biaya dan beralih pada desain dengan cepat, tanpa harus tersandung melalui pengembangan teknologi awal yang diperlukan dengan printer 3D buatan sendiri. .

“Tim kami terus mengevaluasi perusahaan printer 3D baru yang keluar dengan inovasi karena ada banyak persaingan untuk pangsa pasar peluncuran kedirgantaraan dan luar angkasa,” kata Bowles. Ukuran pasar pencetakan 3D kedirgantaraan global diperkirakan mencapai $9.27 miliar pada tahun 2030, menurut Strategic Market Research.

Perusahaan berlomba untuk menawarkan opsi yang paling kuat, paling fleksibel, dan termurah kepada perusahaan, seperti AmazonAMZN
, yang ingin menempatkan satelit ke orbit untuk memberikan broadband global, menangkap gambar resolusi tinggi dari aktivitas di bumi, dan bahkan mendirikan hotel stasiun ruang angkasa pribadi untuk ultra-kaya.

Pencetakan 3D Mendorong Perlombaan untuk Mengkomersilkan Ruang Angkasa

Dengan teknologi manufaktur aditif yang memangkas biaya peluncuran sebanyak 95% dibandingkan dengan program pesawat ulang-alik NASA, pintu terbuka untuk lebih banyak layanan dari orbit yang mendorong persaingan ketat di antara pembuat roket. Slogan perusahaan Launcher berbunyi seperti iklan Walmart: "Di mana saja di luar angkasa dengan biaya terendah."

Menghemat jutaan dari biaya penggelaran satelit baru-baru ini mengumpulkan dana Launcher dari Angkatan Luar Angkasa AS untuk mengembangkan lebih lanjut mesin roket cair kinerja tinggi yang dicetak E-2 3D untuk kendaraan peluncuran Launcher Light, yang dijadwalkan terbang pada tahun 2024. Angkatan Luar Angkasa AS mengatakan: "Mesin roket cair E-2 peluncur memiliki potensi untuk secara signifikan mengurangi harga untuk mengirimkan satelit kecil ke orbit pada kendaraan peluncuran kecil khusus, yang merupakan kemampuan dan prioritas utama untuk Angkatan Luar Angkasa."

Untuk memangkas biaya dan mempercepat produksi, Launcher juga menggunakan printer 3D dari EOS serta Velo3D yang berbasis di California.

“Suku cadang turbopump mesin roket biasanya memerlukan pengecoran, penempaan, dan pengelasan,” kata Max Haot, pendiri dan CEO Launcher. “Perkakas yang diperlukan untuk proses ini meningkatkan biaya pengembangan dan mengurangi fleksibilitas antara iterasi desain. Kemampuan untuk mencetak 3D turbopump kami, termasuk memutar impeler terselubung Inconel, berkat teknologi nol derajat Velo3D, sekarang memungkinkan dengan biaya lebih rendah dan peningkatan inovasi melalui iterasi di antara setiap prototipe.”

Dengan metode manufaktur tradisional untuk kedirgantaraan, sudah biasa mendengar waktu pengerjaan sembilan hingga 12 bulan dan biaya besar dalam perkakas untuk membangun dan menguji, sesuatu seperti mesin pembakaran bertahap yang kaya oksigen dengan pompa, kata Eduardo Rondon, propulsi senior analis di Ursa Major, veteran SpaceX lainnya. “Manufaktur aditif memungkinkan kami untuk menempatkan desain baru di stand uji, memutuskan untuk membuat perubahan, mengerjakan arsitektur alternatif, mencetaknya, dan mendapatkannya di stand dalam beberapa minggu.”

Orbex 3D mencetak roketnya pada jenis printer yang sama dengan Launcher, AMCM M4K-4 platform pencetakan logam dari EOS, yang keluar pada tahun 2021. Perusahaan juga telah menggunakan printer 3D logam dari perusahaan Jerman SLM Solutions.

Pencetakan 3D Bukan Hanya untuk Start-Up

Pencetakan 3D memiliki sejarah panjang di luar angkasa sejak SpaceX meluncurkan mesin roket SuperDraco yang dicetak 3D pada tahun 2013.

Raksasa kedirgantaraan Aerojet RocketdyneAJRD
mendesain ulang keluarga mesin roket Bantam pada tahun 2017 mengambil keuntungan penuh dari kemampuan manufaktur aditif yang mengurangi total desain dan waktu manufaktur dari lebih dari satu tahun menjadi beberapa bulan sambil menurunkan biaya sekitar 65% dibandingkan dengan metode manufaktur konvensional.

“Mesin ini, yang biasanya terdiri dari lebih dari 100 bagian, dibuat hanya dari tiga komponen utama yang diproduksi aditif: rakitan injektor, ruang bakar, dan bagian tenggorokan dan nosel monolitik,” kata perusahaan itu.

Rocket Lab, pelopor lain dalam peluncuran satelit komersial, pertama kali meluncurkan mesin roket ringan cetak 3D, Rutherford, pada tahun 2017. Ruang bakar, injektor, pompa, dan katup propelan utamanya semuanya dicetak 3D dan telah mendukung 27 peluncuran, termasuk yang minggu ini.

Pada hari Selasa, Rocket Lab Mesin Rutherford menggerakkan roket Electron perusahaan dari Selandia Baru dengan muatan NASA yang menuju ke bulan.

Terlepas dari kenyataan bahwa NASA dan veteran peluncuran berpengalaman telah menguji, memvalidasi, dan memasukkan manufaktur aditif ke dalam program mereka selama bertahun-tahun, teknologi pencetakan 3D komersial saat ini dan bahan paduan logam canggih telah matang begitu cepat sehingga perusahaan seperti Launcher, Ursa Major, dan Orbex bisa mendapatkan dari prototipe hingga diluncurkan dalam waktu yang lebih singkat dengan biaya yang lebih sedikit.

“Kami mulai dari hari pertama mendesain seputar pencetakan 3D, dan memanfaatkan kemampuan yang ditawarkannya,” kata Bowels. “Hal ini memungkinkan kami untuk membangun pengetahuan internal tentang cara mengoptimalkan desain untuk pencetakan 3D, yang kemudian dapat kami terapkan ke mesin baru yang perlu kami kembangkan dan jual untuk memenuhi permintaan pasar. Dan dengan mengetahui bagaimana melakukannya, kami dapat mencapai pasar lebih cepat.”