Relativity Space провела экскурсию по заводу 3D-печати ракет и показала первые элементы полностью многоразовой Terran-R⁠⁠

Это самый большой в мире 3D-принтер по металлу.

Он был построен Relativity Space - стартапом, который стремится напечатать целую ракету, включая топливные баки и ракетные двигатели, всего за 60 дней.

Буквально крупнейшие части ракеты создаются из алюминиевого сплава, находящегося на этой проволочной катушке.

Материал подается на скорости в 25 см/с.

А затем сочетание лазера и плазменно-дугового разряда сплавляет их вместе при температуре чуть выше 660°C.

Здесь проявляется фундаментальное различие между традиционными подходами к созданию ракетно-космической техники и так называемым подходом New Space. И традиционный подразумевает, что до того, как вы сможете построить ракету, вам нужно будет соорудить инструменты для ее сборки. Например, в случае всем известной ракеты NASA Space Launch System или SLS, им сначала нужно было построить центр вертикальной сборки(VAC).

Это монолитная структура высотой в 52м для сварки секций топливных баков ракеты. И все это поспособствовало необходимости затратить 11 лет на разработку самого носителя. В тоже время, Relativity Space существует всего 5 лет и готова уже в этом году запустить первую свою ракету.

Примерное отличие стиля Кремниевой долины от старого инженерного подхода, позволяющее представителям New Space продвигаться гораздо быстрее по пути реализации программы: построить что-то - выяснить, что с этим не так - построить следующую версию, исправляющую недостатки предыдущей. Agile - то, что очень распространено в программистской среде, отсюда и успехи в космической отрасли выходцев из IT-сферы.

Аэрокосмические компании начали использовать 3D-печать металлом более десяти лет назад для создания небольших, но сложных деталей. Например, инжектора - самой важной части любого ракетного двигателя. Традиционный процесс производства таких частей требует создания всей системы из тысяч отдельных элементов и занимает по времени около 9 месяцев. 3D технология сокращает их количество до нескольких, десятикратно снижая затраты финансов и времени создания до 2 недель.

И таких до абсурдного сложных при производстве элементов двигателя достаточно много. Вы когда-нибудь задумывались о том, как внутри камеры сгорания достигается и поддерживается температура вплоть до 3200°C, что достаточно горячо, чтобы расплавить практически любой металл?

Решением этой проблемы стала система активного охлаждения - к примеру, на двигателях Space Shuttle по тысячам трубок, повторяющим изгибы сопла и приваренных к нему, пропускалось переохлажденное топливо в виде жидкого водорода. Известно, что для каждого двигателя требовалось не меньше 1080 таких трубок.

И эти же каналы для криогенного топлива печатаются для ракеты Terran-1 буквально одной цельной частью вместо того, чтобы добавлять тысячи трубок снаружи. Одновременная работа 4 лазеров над созданием сопла двигателя Aeon, без устали выкладывающих слой за слоем, каждый из которых в 20 раз тоньше человеческого волоса:

Через неделю выходит цельное сопло ракетного двигателя, что гораздо дешевле, нежели чем при традиционном производстве. Существует предубеждение насчет прочности такой конструкции - Тим Эллис, основатель компании, развенчивает этот миф и утверждает, что при печати наоборот достигается дополнительный уровень прочности. Над этим работает целая команда-материаловедов, которая разрабатывает собственные сплавы для 3D-печати. Тот факт, что элементы конструкции плавятся, а затем охлаждаются и затвердевают в очень быстрых темпах, может выгодно использоваться, чтобы получить действительно прочные сплавы.

Еще одно важное преимущество 3D-печати заключается в том, что он обеспечивает быструю итерацию. Вы можете быстро построить деталь, протестировать ее, а затем в том же темпе изменить дизайн и снова ее напечатать. Заранее созданные производственные линии на что-то подобное по определению не способны - их необходимо перестраивать, в то время как принтеру требуется лишь изменить софт.

Уже на текущий момент компания способна с нуля печатать двигатель за месяц. Меняя строчки кода, они могут вносить изменения и улучшать конструкцию этой важнейшей части ракеты именно с такой частотой.

С помощью 3D-печати инженеры могут создавать детали таких форм, которые были бы непрактичны или и вовсе невозможны при производстве традиционными методами.

Многоразовость - краеугольный камень снижения стоимости вывода полезной нагрузки на орбиту. Этот факт приняли в расчет уже все космические державы мира, объявив минимум по одному проекту создания многоразового носителя. Но полная многоразовость и повторное использование обеих ступеней ракеты на порядки сложнее - сейчас существует лишь 4 таких проекта. Самый известный, разумеется, Starship от Илона Маска, породившего весь этот тренд. Японский демонстратор должен полететь где-то в 2040.

Китайский ближе к середине столетия.

Relativity Space решила не отставать, также замахнувшись на задачку подобного порядка. Перед нами часть их следующей ракеты, Terran R, которая должна стать полностью многоразовой и напечатанной на 3D-принтере.

5м в диаметре, эта ракета по данному параметру лишь вдвое уступает детищу SpaceX, при этом имея характеристики близкие к Falcon 9 в одноразовой конфигурации - 20т на НОО.

Первый запуск будущей Terran R запланирован на 2024 год с одной из площадок космодрома на мысе Канаверал.

Долгосрочное видение будущего компании заключается в успешной конкуренции при запуске спутников на околоземные орбиты для финансирования миссий в дальний космос. По словам основателя Relativity Space, главной целью компании является организация промышленной базы на Марсе. В будущем, по его мнению, на Красной планете будут действовать тысячи компаний, а печать комплектующих является неизбежным решением для марсианских условий.

Уже сейчас компания занята расширением - на площади в ~8 гектаров будут созданы новые производственные площадки, лаборатории и сборочные цеха. Переезд запланирован на следующий год.

Завод будет создан на основе уже существующих площадей, где когда-то шло производство самолетов Boeing C-17. Месяц назад Relativity Space подписала с местными властями договор о долгосрочной аренде участка.