Испытание ракетного двигателя: 3D-печать металлом от Elementum 3D
Компания Astrobotic завершила серию горячих огневых испытаний своего ротационного детонационного ракетного двигателя Chakram. Аддитивное производство сыграло ключевую роль в его создании. Испытания прошли на базе NASA Marshall Space Flight Center. Два прототипа отработали восемь тестов общей продолжительностью 470 секунд. Среди них — 300-секундное непрерывное горение, которое может быть самым длительным в своём роде на сегодняшний день. Показатели впечатляют, но главное — как именно построен двигатель.
Astrobotic применила процесс металлической 3D-печати PermiAM. Это проприетарный подход компании Elementum 3D для контроля пористости внутри деталей. Технология позволяет инженерам регулировать плотность или пористость разных зон прямо во время печати. Одна деталь может сочетать плотные участки для прочности с более пористыми — для охлаждения и прохождения жидкости. Это особенно ценно для двигательных установок и систем терморегуляции.
Для ракетных двигателей управление теплом и потоками жидкости — сложнейшая задача. Традиционное производство требует множества деталей, сложных внутренних каналов и сборочных операций. 3D-печать позволяет встроить эти функции прямо в один компонент. Контроль пористости металла помогает справляться с нагревом, повышает стабильность и эффективность — три главные проблемы в современных ракетных двигателях.
Чем ротационные детонационные двигатели отличаются от обычных
Испытанный двигатель Astrobotic — не обычный ракетный мотор. Ротационные детонационные двигатели используют сверхзвуковые волны, движущиеся по кольцевой камере сгорания. Компания объясняет: такой подход позволяет извлечь больше энергии из того же объёма топлива, потенциально повышая эффективность до 15%.
Одновременно эти двигатели сложнее в проектировании и сборке. Они сталкиваются с проблемами стабильности, тепла и долговечности. Именно здесь аддитивные технологии становятся критически важными. 3D-печатные металлические компоненты упрощают создание сложных внутренних структур и отвод тепла, решая задачи, которые традиционные методы решают с трудом.
Во время испытаний каждый двигатель развил более 4000 фунтов тяги и вышел на стабильный режим работы. После цикла тестов Astrobotic не обнаружила видимых повреждений оборудования. Однако компания планирует продолжать разработку. Будущие работы будут сосредоточены на охлаждении, дросселировании и снижении массы. Технология может найти применение в системах для лунных посадочных модулей и космических аппаратов.
Эта работа — часть более широкой программы возвращения на Луну. Проекты вроде NASA Artemis нацелены на создание долгосрочного присутствия за пределами Земли. Для этого потребуются более эффективные и надёжные двигатели. Подобные достижения, особенно в сочетании с новыми производственными подходами, со временем упростят выполнение таких миссий.
Работа Astrobotic в области двигателестроения напрямую связана с этой целью. Компания готовится к следующей крупной миссии — лунному посадочному модулю Griffin-1. Запуск запланирован не ранее июля 2026 года по программе NASA Commercial Lunar Payload Services. Модуль предназначен для доставки научных приборов, роверов и коммерческих грузов к южному полюсу Луны — ключевому району для будущих исследований.
Дальнейшие планы Astrobotic включают миссии за пределами Griffin-1: новые посадочные модули и космические системы для поддержки растущей лунной экономики. В этом контексте технологии 3D-печати для двигателей и производство в космосе — не побочные проекты. Это часть масштабной задачи: сделать космические системы легче, эффективнее и проще в изготовлении.
Astrobotic использует 3D-печать не первый раз. Компания применяет аддитивные технологии в нескольких направлениях. После приобретения Masten Space Systems она получила доступ к проекту по созданию 3D-печатного алюминиевого ракетного двигателя. Это показывает ранний интерес к аддитивному производству двигательных установок. Также Astrobotic участвует в проекте MOONRISE, цель которого — печатать структуры прямо на Луне из лунной пыли. Идея в том, чтобы строить посадочные площадки, дороги и другую инфраструктуру, не доставляя материалы с Земли.
В перспективе это ведёт к более глобальной цели: использовать 3D-печать не просто для сборки космических аппаратов, а для изготовления деталей и конструкций за пределами Земли. Astrobotic показывает, что применяет аддитивные технологии там, где это действительно необходимо, особенно в сложных условиях.
Применение в России и СНГ
Технология управления пористостью при 3D-печати металлами (PermiAM) представляет интерес для российского ракетно-космического комплекса и смежных отраслей. Возможность создавать детали с градиентной структурой — чередованием плотных и пористых зон — востребована при изготовлении камер сгорания, сопел, теплообменников и элементов систем охлаждения. В России и странах СНГ активно развивается направление аддитивного производства для авиа- и ракетостроения. Отечественные предприятия и интеграторы уже ведут работы по внедрению SLM-печати жаропрочными сплавами и титаном. Технологии, подобные PermiAM, потенциально позволяют сократить число деталей в двигательных установках, отказаться от сложной механообработки и повысить эффективность за счёт оптимизации внутренней геометрии. Особый интерес это представляет для проектов, связанных с созданием жидкостных ракетных двигателей малой тяги и силовых установок для беспилотных летательных аппаратов.
