NASA впервые успешно провело испытания напечатанные на 3D-принтере сопла ракетных двигателей из алюминия. Это стало частью проекта, направленного на снижение стоимости производства двигателей и их массы. Сопла ракетных двигателей должны выдерживать значительные температуры и давление, из-за чего их изготовление требует сложных процедур и множество компонентов. С новыми двигателями космическое агентство планирует снизить расходы, связанные с исследованием глубокого космоса, а также уменьшить массу ракеты, чтобы увеличить ее грузоподъемность.
Для создания сопла ракетного двигателя NASA разработало вариант алюминия, подходящий для аддитивного производства и способный выдерживать стрессовые условия эксплуатации. Сопло двигателя является одним из наиболее важных компонентов ракеты и, наряду с камерой сгорания, должно выдерживать экстремальные температуры.
Сопло изготовлено из алюминия A6061-RAM2 и входит в состав проекта NASA под названием Reactive Additive Manufacturing for the Fourth Industrial Revolution (RAMFIRE). Проект полностью посвящен разработке напечатанных на 3D-принтере сопел ракетных двигателей и внесению конструктивных изменений для упрощения конструкции ракеты и ее охлаждения.
Сопло ракетного двигателя, расположенное в нижней части и имеющее форму колокола, часто охлаждается сверх холодным ракетным топливом, протекающими через него. Это достигается за счет механической обработки каналов внутри стенок сопла и затем возврата их обратно в камеру сгорания двигателя для создания тяги. Эти каналы требуют сотни, если не тысячи, отдельных компонентов, что, естественно, усложняет процесс производства и увеличивает как стоимость, так и вес.
Используя 3D-печать для изготовления сопел двигателей, NASA вместе с партнером по проекту RAMFIRE, компанией RPM Innovation, смогут создавать сопла ракетных двигателей из одного компонента. Это значительно снижает стоимость и упрощает инженерный процесс, плюс делает сопло значительно легче. Все эти преимущества особенно важны, поскольку масса является одним из основных ограничений для ракеты. Инженеры должны тщательно сбалансировать массу ракеты и топливо с количеством груза, чтобы обеспечить возможность подъема ракеты в момент запуска.
NASA уверена, что прогресс в 3D-печати компонентов ракетных двигателей позволит увеличить грузоподъемность, особенно на межпланетных миссиях. Для этого сопла ракетного двигателя в рамках проекта RAMFIRE инженеры NASA провели 22 успешных испытания, общая длительность которых составила 579 секунд или примерно десять минут при температуре около 6000 градусов Фаренгейта (3315 градусов Цельсия).
Кроме того, NASA и RPM Innovation также изготовили аэроспайковое сопло и бак для криогенных жидкостей. Алюминий для этих компонентов был изготовлен в партнерстве с Elementum 3D. Аддитивное производство для ракетостроения является относительно новой областью, и компания Relativity Space из Лонг-Бич, Калифорния, уже начала производство баков, двигателей и других компонентов с помощью 3D-печати.