จรวดที่พิมพ์ 3 มิติตั้งค่าให้ระเบิด

หากการเปิดตัว Terran1 ในฤดูร้อนนี้จาก Cape Canaveral ประสบความสำเร็จ พื้นที่สัมพัทธภาพ จะเป็นบริษัทผู้ผลิตอากาศยานรายแรกที่ส่งจรวดที่พิมพ์ 3 มิติทั้งหมดขึ้นสู่อวกาศ ไม่นานหลังจากนั้น สตาร์ทอัพในแคลิฟอร์เนียชื่อ เปิด จะใช้แพลตฟอร์มดาวเทียม Orbiter ที่ขับเคลื่อนโดยเครื่องยนต์จรวดที่พิมพ์ 3 มิติหลังจากได้รับ SpaceX เพิ่มขึ้นในอวกาศ

เป็นการยากที่จะประเมินค่าสูงไปเกี่ยวกับผลกระทบจากการพิมพ์ 3 มิติ หรือที่เรียกว่าการผลิตแบบเติมเนื้อ (additive Manufacturing) ที่มีต่ออุตสาหกรรมอวกาศ ไม่มีเทคโนโลยีอื่นใดที่ช่วยให้บริษัทจำนวนมากเข้าสู่อุตสาหกรรมนี้และส่งมอบยานยนต์ เครื่องยนต์ และจรวดได้ในเวลาอันสั้นด้วยต้นทุนที่ต่ำเช่นนี้ และตอนนี้ จำนวนผู้ผลิตจรวดเริ่มต้นพร้อมที่จะเติบโตอย่างรวดเร็ว เนื่องจากเครื่องพิมพ์ 3D ที่มีจำหน่ายในท้องตลาดได้พิสูจน์ให้เห็นถึงงานในการผลิตส่วนประกอบที่คุ้มค่าแก่พื้นที่

ตัวอย่างเช่น บริษัทการบินและอวกาศในอังกฤษ Orbex หวังว่าจรวดที่พิมพ์ 3 มิติซึ่งทำด้วยเครื่องพิมพ์โลหะ 3 มิติล่าสุดจากผู้ผลิตเยอรมัน EOS จะระเบิดออกจากสกอตแลนด์ภายในสิ้นปีนี้ และในสหรัฐอเมริกา ผู้ผลิตเครื่องยนต์จรวดรุ่นเยาว์ กลุ่มดาวหมีใหญ่ กำลังรับคำสั่งซื้อสำหรับเครื่องยนต์ขับเคลื่อน Arroway ใหม่ที่ออกแบบมาเพื่อแทนที่แหล่งขับเคลื่อนที่ผลิตโดยรัสเซียซึ่งไม่พร้อมใช้งานในขณะนี้ นอกจากนี้ยังพิมพ์ 3 มิติโดยใช้เครื่องพิมพ์โลหะ 3 มิติที่มีอยู่

“ฉันไม่คิดว่าบริษัทของเราจะดำรงอยู่ได้หากปราศจากการพิมพ์ 3 มิติ” เจค โบว์ลส์ ผู้อำนวยการฝ่ายการผลิตและวัสดุขั้นสูงของ Ursa Major ซึ่งใช้เวลาห้าปีที่ SpaceX กล่าว “วิวัฒนาการของเราเชื่อมโยงอย่างมากกับการมีอยู่และความสมบูรณ์ของการพิมพ์ 3 มิติ”

Ursa Major มุ่งมั่นที่จะนำเครื่องยนต์ออกสู่ตลาดด้วยความเร็วที่เร็วกว่าที่เคยทำมา ในเวลาไม่กี่เดือนหรือหลายปี ซึ่งทำได้โดยการสร้างต้นแบบและการผลิตด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติเท่านั้น Bowles กล่าว

ในขณะที่พื้นที่สัมพัทธภาพและอื่น ๆ ได้พัฒนาเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติที่เป็นกรรมสิทธิ์สำหรับจรวดของพวกเขา Bowles กล่าวว่าการใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติเชิงพาณิชย์ใหม่ช่วยให้ Ursa Major สามารถรักษาต้นทุนภายใต้การควบคุมและทำซ้ำในการออกแบบได้อย่างรวดเร็วโดยไม่ต้องสะดุดกับการพัฒนาเทคโนโลยีในช่วงต้นที่จำเป็นสำหรับเครื่องพิมพ์ 3D พื้นบ้าน .

“ทีมของเรากำลังประเมินบริษัทเครื่องพิมพ์ 3 มิติใหม่ๆ ที่ออกนวัตกรรมอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากมีการแข่งขันกันมากมายสำหรับส่วนแบ่งของตลาดการบินและอวกาศและการเปิดตัวในอวกาศ” Bowles กล่าว ขนาดตลาดการพิมพ์ 3 มิติสำหรับการบินและอวกาศทั่วโลกคาดว่าจะสูงถึง 9.27 พันล้านดอลลาร์ในปี 2030 ตามการวิจัยตลาดเชิงกลยุทธ์

บริษัทต่างๆ ต่างแข่งขันกันเพื่อเสนอทางเลือกที่มีประสิทธิภาพ ยืดหยุ่นที่สุด และถูกที่สุดแก่บริษัทต่างๆ เช่น AmazonAMZN
ที่ต้องการนำดาวเทียมขึ้นสู่วงโคจรเพื่อส่งบรอดแบนด์ทั่วโลก จับภาพความละเอียดสูงของกิจกรรมบนโลก และแม้กระทั่งสร้างโรงแรมสถานีอวกาศส่วนตัวสำหรับคนรวยมาก

การพิมพ์ 3 มิติเติมพลังให้การแข่งขันเพื่อการค้าพื้นที่

ด้วยเทคโนโลยีการผลิตแบบเติมเนื้อ (additive Manufacturing) ลดต้นทุนการเปิดตัวได้มากถึง 95% เมื่อเทียบกับโครงการกระสวยอวกาศของ NASA ประตูนี้จึงเปิดกว้างสำหรับบริการเพิ่มเติมจากการแข่งขันที่ดุเดือดในหมู่ผู้ผลิตจรวด สโลแกนของบริษัท Launcher นั้นอ่านได้เหมือนกับโฆษณาของ Walmart: “ทุกที่ในอวกาศด้วยต้นทุนที่ต่ำที่สุด”

เมื่อเร็ว ๆ นี้การลดค่าใช้จ่ายในการปรับใช้ดาวเทียมได้รับเงินทุน Launcher จาก US Space Force เพื่อพัฒนาเครื่องยนต์จรวดของเหลวประสิทธิภาพสูง E-2 ที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติสำหรับยานยิง Launcher Light ซึ่งมีกำหนดจะบินในปี 2024 US Space Force กล่าวว่า: "เครื่องยนต์จรวดของเหลว E-2 ของ Launcher มีศักยภาพในการลดราคาอย่างมีนัยสำคัญเพื่อส่งดาวเทียมขนาดเล็กไปยังวงโคจรบนยานยิงขนาดเล็กโดยเฉพาะ ซึ่งเป็นความสามารถหลักและลำดับความสำคัญสำหรับ Space Force"

เพื่อลดต้นทุนและเพิ่มความเร็วในการผลิต Launcher ยังใช้เครื่องพิมพ์ 3D จาก EOS และ Velo3D ในแคลิฟอร์เนีย

Max Haot ผู้ก่อตั้งและ CEO ของ Launcher กล่าวว่า "ชิ้นส่วนเครื่องยนต์ของเครื่องยนต์จรวดมักต้องการการหล่อ การตีขึ้นรูป และการเชื่อม “เครื่องมือที่จำเป็นสำหรับกระบวนการเหล่านี้จะเพิ่มต้นทุนในการพัฒนาและลดความยืดหยุ่นระหว่างการทำซ้ำการออกแบบ ความสามารถในการพิมพ์แบบสามมิติของปั๊มเทอร์โบของเรา รวมถึงใบพัดที่หุ้มด้วย Inconel แบบหมุนได้ ด้วยเทคโนโลยี Zero-degree ของ Velo3D ทำให้ตอนนี้เป็นไปได้ด้วยต้นทุนที่ต่ำลง และเพิ่มนวัตกรรมผ่านการทำซ้ำระหว่างต้นแบบแต่ละแบบ”

ด้วยวิธีการผลิตแบบดั้งเดิมสำหรับการบินและอวกาศ เป็นเรื่องปกติที่จะได้ยินเกี่ยวกับระยะเวลารอคอยสินค้า 12 ถึง XNUMX เดือนและค่าใช้จ่ายมหาศาลในการสร้างและทดสอบเครื่องมือ เช่น เครื่องยนต์สันดาปที่เติมออกซิเจนด้วยปั๊ม นักวิเคราะห์ที่ Ursa Major ทหารผ่านศึก SpaceX อีกคน “การผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุช่วยให้เราสามารถวางการออกแบบใหม่บนแท่นทดสอบ ตัดสินใจเปลี่ยนแปลง ทำงานบนสถาปัตยกรรมทางเลือก พิมพ์ และวางบนแท่นภายในไม่กี่สัปดาห์”

Orbex 3D พิมพ์จรวดของมันบนเครื่องพิมพ์ประเภทเดียวกับ Launcher, the เอเอ็มซีเอ็ม เอ็ม4เค-4 แพลตฟอร์มการพิมพ์โลหะจาก EOS ซึ่งเปิดตัวในปี 2021 นอกจากนี้ บริษัทยังใช้เครื่องพิมพ์โลหะ 3D จาก SLM Solutions ของเยอรมนีอีกด้วย

การพิมพ์ 3 มิติ ไม่ใช่แค่สำหรับสตาร์ทอัพเท่านั้น

การพิมพ์ 3 มิติมีประวัติศาสตร์อันยาวนานในอวกาศนับตั้งแต่ SpaceX เปิดตัวเครื่องยนต์จรวด SuperDraco ที่พิมพ์ 3 มิติในปี 2013

Aerojet Rocketdyne ยักษ์ใหญ่ด้านอวกาศเอเจอาร์ดี
ออกแบบเครื่องยนต์จรวด Bantam ใหม่ในปี 2017 โดยใช้ประโยชน์จากความสามารถในการผลิตแบบเพิ่มเนื้ออย่างเต็มที่ ซึ่งช่วยลดเวลาในการออกแบบและการผลิตโดยรวมจากหนึ่งปีให้เหลือสองเดือน ในขณะที่ลดต้นทุนได้ประมาณ 65% เมื่อเทียบกับวิธีการผลิตทั่วไป

“เครื่องยนต์เหล่านี้ ซึ่งปกติจะประกอบด้วยชิ้นส่วนมากกว่า 100 ชิ้น สร้างขึ้นจากส่วนประกอบหลักที่ผลิตขึ้นเพียงสามชิ้นเท่านั้น ได้แก่ ส่วนประกอบหัวฉีด ห้องเผาไหม้ และส่วนคอหอยและหัวฉีดแบบเสาหิน” บริษัทกล่าว

Rocket Lab ผู้บุกเบิกการปล่อยดาวเทียมเชิงพาณิชย์อีกราย ได้เปิดตัว Rutherford เครื่องยนต์จรวดพิมพ์ 3 มิติน้ำหนักเบาในปี 2017 ห้องเผาไหม้ หัวฉีด ปั๊ม และวาล์วขับเคลื่อนหลักทั้งหมดถูกพิมพ์ 3 มิติและได้ขับเคลื่อนไปแล้ว 27 ครั้ง รวมทั้งอาทิตย์นี้ด้วย

ในวันอังคาร, Rocket Lab's เครื่องยนต์ Rutherford ขับเคลื่อนจรวดอิเลคตรอนของบริษัทจากนิวซีแลนด์ด้วยน้ำหนักบรรทุกของ NASA ที่มุ่งสู่ดวงจันทร์

แม้ว่าที่จริงแล้ว NASA และทหารผ่านศึกผู้มากประสบการณ์ได้ทดสอบ ตรวจสอบ และรวมการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุไว้ในโปรแกรมของพวกเขามาหลายปีแล้ว แต่เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติเชิงพาณิชย์ในปัจจุบันและวัสดุโลหะผสมขั้นสูงได้เติบโตอย่างรวดเร็วจนบริษัทต่างๆ เช่น Launcher, Ursa Major และ Orbex สามารถทำได้ จากต้นแบบสู่การเปิดตัวในเวลาที่น้อยลงด้วยเงินที่น้อยลง

“เราเริ่มต้นตั้งแต่วันแรกที่ออกแบบเกี่ยวกับการพิมพ์ 3 มิติ และใช้ประโยชน์จากความสามารถที่มีให้” Bowels กล่าว “สิ่งนี้ช่วยให้เราสร้างองค์ความรู้ภายในเกี่ยวกับวิธีการปรับการออกแบบให้เหมาะสมสำหรับการพิมพ์ 3 มิติ จากนั้นเราสามารถนำไปใช้กับเอ็นจิ้นใหม่ที่เราจำเป็นต้องพัฒนาและขายเพื่อตอบสนองความต้องการของตลาด และเมื่อรู้แล้วว่าต้องทำอย่างไร เราก็สามารถออกสู่ตลาดได้เร็วขึ้น”