NASA und Virgin Orbit 3D-drucken Brennkammer für Testrakete

Das Herzstück zukünftiger Raketentriebwerke, die zum Mond oder zum Mars abheben, könnte eine 3D-gedruckte Brennkammer sein. Mehrere NASA-Zentren haben sich mit Virgin Orbit zusammengetan, um ein einzigartig hergestelltes Raketenteil zu entwickeln und zu testen.

Virgin Orbit Air startet Raketen mit kleinen Satelliten in den Weltraum. Das Unternehmen arbeitete mit NASA-Experten für Verbrennung und additive Fertigung oder 3D-Druck im Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville, Alabama, zusammen. Glenn Research Center in Cleveland; und Armstrong Flight Research Center in Edwards, Kalifornien. Ihr Ziel: eine 3D-gedruckte Brennkammer zu schaffen, die mehrere Materialien kombiniert und modernste Herstellungsverfahren nutzt.

„Traditionell dauert es viele Monate, eine konventionelle Brennkammer herzustellen, zu testen und auszuliefern. Wir können diese Zeit erheblich verkürzen“, sagte der leitende Ingenieur der NASA, Paul Gradl, der das gemeinsame Projekt bei Marshall leitet. „Die additive Fertigung ist darauf ausgerichtet, traditionelle Prozesse zu verbessern und zu verbessern. Es bietet neue Möglichkeiten für Design und Leistung und liefert ein äußerst langlebiges Stück Hardware – und mit dieser Partnerschaft treiben wir diese Fähigkeit noch weiter voran.“

Die Bemühungen umfassen eine bewährte NASA-Additivkupferlegierung, GRCop-84, die 2014 von Marshall und Glenn entwickelt wurde, um das erste 3D-gedruckte Kupferraketen-Triebwerksteil in Originalgröße erfolgreich zu drucken und zu testen. Um diese neue Motorschubkammer weiter zu stärken, verwendete Virgin Orbit eine eigene Hybrid-Additiv-/Subtraktionsmaschine, um einen zweiten Bimetall-Superlegierungsmantel aufzubringen und das Teil präzise zu bearbeiten.

Ende 2018 und Anfang 2019 testete Marshall in Absprache mit den Ingenieuren von Glenn und Virgin Orbit die Brennkammer unter Verwendung von flüssigem Hochdruck-Sauerstoff/Kerosin-Treibgasen. Der Testartikel lieferte erfolgreich fast zwei Dutzend Testzündungen von jeweils 60 Sekunden mit mehr als 2.000 Pfund Schub.

“Die Kombination aus mehreren optimierten Materialien und additiven Fertigungstechnologien, die wir eingesetzt haben, stellt einen erheblichen Fortschritt gegenüber den Kompromissen dar, die typischerweise bei der Herstellung von Brennkammern für 3D-Druck-Raketentriebwerke gemacht wurden”, sagte Kevin Zagorski, Manager für Propulsion Advanced Manufacturing bei Virgin Orbit.

“Die Informationen aus unserer Partnerschaft mit der NASA werden für die weitere Verbesserung von Kosten, Leistung und Vorlaufzeit der Antriebssysteme von Virgin Orbit für das LauncherOne-Fahrzeug von entscheidender Bedeutung sein”, fügte er hinzu.

Das Ziel der NASA ist es, weiterhin mit der Industrie zusammenzuarbeiten, um die Technologie voranzutreiben und den Zugang zum Weltraum zu verbessern, indem die Starttechnologie sicherer, schneller und kostengünstiger gemacht wird, sagte Ed Hamlin, Projektmanager bei Armstrong.

“Öffentlich-private Partnerschaften wie diese tragen dazu bei, dass wichtige Technologien ausgereift sind und die strategischen Ziele des Landes in den kommenden Jahrzehnten im Weltraum erreicht werden”, sagte Hamlin.

Bei Marshall bedeutet dies, die 3D-gedruckten Verbrennungsgeräte noch weiter zu verfeinern, indem noch leistungsstärkere Kupferlegierungen untersucht werden. Mit der Zeit, so Gradl, könnten additive Fertigungslösungen eine Vielzahl von bemannten oder robotergesteuerten Weltraumerkundungsmissionen unterstützen, darunter Mondlander und fortschrittliche Antriebssysteme. Auch Anwendungen auf der Erde könnten sich anbieten.

Die Zusammenarbeit zwischen der NASA und Virgin Orbit, die durch die Ankündigung von Kollaborationsmöglichkeiten durch die NASA-Direktion für Weltraumtechnologie-Missionen zustande gekommen ist, zielt darauf ab, die Technologie im gesamten kommerziellen Sektor voranzutreiben und künftigen NASA-Missionen Nutzen zu bringen, die Startkosten zu senken und eine robustere wissenschaftliche Erforschung des Mondes und des Planeten zu ermöglichen Mars.