Des fusées imprimées en 3D prêtes à décoller

Si le lancement de Terran1 cet été depuis Cap Canaveral est un succès, Espace de relativité sera la première entreprise de fabrication aérospatiale à envoyer dans l'espace une fusée entièrement imprimée en 3D. Peu de temps après, une start-up californienne appelée lanceur déploiera sa plate-forme satellite Orbiter propulsée par des moteurs de fusée imprimés en 3D après avoir été propulsée dans l'espace par un SpaceX.

Il est difficile de surestimer l'impact de l'impression 3D - également appelée fabrication additive - sur l'industrie spatiale. Aucune autre technologie n'a permis à autant d'entreprises d'entrer dans cette industrie et de livrer des véhicules, des moteurs et des fusées en si peu de temps à des coûts aussi bas. Et maintenant, le nombre de fabricants de fusées en démarrage est sur le point d'exploser, car de plus en plus d'imprimantes 3D disponibles dans le commerce se révèlent à la hauteur de la tâche de produire des composants dignes de l'espace.

Par exemple, une société aérospatiale basée au Royaume-Uni Orbex espère que ses fusées imprimées en 3D, fabriquées avec la dernière imprimante 3D métal du fabricant allemand EOS, décolleront d'Écosse d'ici la fin de l'année. Et aux États-Unis, un jeune fabricant de moteurs de fusée la Grande Ourse prend maintenant des commandes pour son nouveau moteur de propulsion Arroway conçu pour remplacer les sources de propulsion de fabrication russe désormais indisponibles. Il est également imprimé en 3D à l'aide d'imprimantes 3D métalliques disponibles.

"Je ne pense pas que notre entreprise existerait sans l'impression 3D", déclare Jake Bowles, directeur de la fabrication et des matériaux de pointe chez Ursa Major, qui a passé cinq ans chez SpaceX. "Notre évolution était fortement liée à l'existence et à la maturité de l'impression 3D."

Ursa Major a entrepris de commercialiser un moteur à un rythme beaucoup plus rapide qu'auparavant, en quelques mois et non en années, ce qui n'était possible que par le prototypage et la fabrication avec des imprimantes 3D, explique Bowles.

Alors que Relativity Space et d'autres ont développé une technologie d'impression 3D exclusive pour leurs fusées, Bowles affirme que l'utilisation de nouvelles imprimantes 3D commerciales a permis à Ursa Major de contrôler les coûts et d'itérer rapidement sur les conceptions, sans avoir à trébucher sur le développement technologique initial requis avec les imprimantes 3D locales. .

"Notre équipe évalue constamment les nouvelles sociétés d'impression 3D qui proposent des innovations car il y a beaucoup de concurrence pour une part du marché de l'aérospatiale et des lancements spatiaux", explique Bowles. La taille du marché mondial de l'impression aérospatiale 3D devrait atteindre 9.27 milliards de dollars d'ici 2030, selon Strategic Market Research.

Les entreprises font la course pour offrir les options les plus puissantes, les plus flexibles et les moins chères aux entreprises, comme AmazonAMZN
, qui cherchent à mettre des satellites en orbite pour fournir un haut débit mondial, capturer des images haute résolution de l'activité sur terre et même créer des hôtels de stations spatiales privées pour les ultra-riches.

L'impression 3D alimente la course à la commercialisation de l'espace

Avec la technologie de fabrication additive réduisant les coûts de lancement jusqu'à 95 % par rapport au programme de la navette spatiale de la NASA, la porte est ouverte à davantage de services depuis l'orbite, entraînant une concurrence féroce entre les fabricants de fusées. Le slogan de l'entreprise Launcher se lit comme une publicité Walmart : "N'importe où dans l'espace au moindre coût".

La réduction de millions de dollars du coût de déploiement des satellites a récemment permis à Launcher d'obtenir un financement de l'US Space Force pour développer davantage son moteur de fusée liquide haute performance E-2 imprimé en 3D pour le lanceur Launcher Light, qui devrait voler en 2024. US Space Force a déclaré: "Le moteur de fusée liquide E-2 du lanceur a le potentiel de réduire considérablement le prix de livraison de petits satellites en orbite sur de petits lanceurs dédiés, ce qui est une capacité clé et une priorité pour la Force spatiale."

Pour réduire les coûts et accélérer la production, Launcher utilise également des imprimantes 3D d'EOS ainsi que la société californienne Velo3D.

"Les pièces de turbopompe de moteur de fusée nécessitent généralement un moulage, un forgeage et un soudage", déclare Max Haot, fondateur et PDG de Launcher. « L'outillage requis pour ces processus augmente le coût de développement et réduit la flexibilité entre les itérations de conception. La possibilité d'imprimer en 3D notre turbopompe, y compris les roues rotatives à enveloppe Inconel, grâce à la technologie zéro degré de Velo3D, rend cela possible désormais à moindre coût et avec une innovation accrue grâce à l'itération entre chaque prototype.

Avec les méthodes de fabrication traditionnelles pour l'aérospatiale, il est courant d'entendre parler de délais de livraison de neuf à 12 mois et d'énormes dépenses en outillage pour construire et tester, quelque chose comme un moteur à combustion étagée riche en oxygène alimenté par pompe, explique Eduardo Rondon, un propulseur senior analyste chez Ursa Major, un autre vétéran de SpaceX. "La fabrication additive nous permet de mettre un nouveau design sur le banc d'essai, de décider d'apporter un changement, de travailler sur une architecture alternative, de l'imprimer et de le mettre sur le banc en quelques semaines."

Orbex imprime ses fusées en 3D sur le même type d'imprimante que Launcher, le AMCM M4K-4 plate-forme d'impression métal d'EOS, sortie en 2021. L'entreprise a également utilisé des imprimantes 3D métal de la société allemande SLM Solutions.

L'impression 3D n'est pas réservée qu'aux startups

L'impression 3D a une longue histoire dans l'espace depuis que SpaceX a dévoilé son moteur de fusée SuperDraco imprimé en 3D en 2013.

Le géant de l'aérospatiale Aerojet RocketdyneAJRD
a repensé sa famille de moteurs de fusée Bantam en 2017 pour tirer pleinement parti des capacités de fabrication additive qui réduisent le temps total de conception et de fabrication de plus d'un an à quelques mois tout en réduisant le coût d'environ 65 % par rapport aux méthodes de fabrication conventionnelles.

«Ces moteurs, qui seraient normalement composés de plus de 100 pièces, sont construits à partir de seulement trois composants majeurs fabriqués par fabrication additive: l'ensemble d'injecteur, la chambre de combustion et une section monolithique de gorge et de buse», explique la société.

Rocket Lab, un autre pionnier des lancements de satellites commerciaux, a lancé pour la première fois son moteur de fusée léger imprimé en 3D, le Rutherford, en 2017. Sa chambre de combustion, ses injecteurs, ses pompes et ses principales soupapes de propulseur sont tous imprimés en 3D et ont déjà alimenté 27 lancements, dont celui de cette semaine.

Mardi, Rocket Lab's Le moteur Rutherford a propulsé la fusée Electron de la société depuis la Nouvelle-Zélande avec une charge utile de la NASA à destination de la lune.

Malgré le fait que la NASA et des vétérans chevronnés du lancement ont testé, validé et intégré la fabrication additive dans leurs programmes pendant des années, la technologie d'impression 3D commerciale d'aujourd'hui et les matériaux avancés en alliage métallique ont mûri si rapidement que des entreprises comme Launcher, Ursa Major et Orbex peuvent obtenir du prototype au lancement en moins de temps pour moins d'argent.

"Nous avons commencé dès le premier jour à concevoir autour de l'impression 3D et à tirer parti des fonctionnalités qu'elle offre", déclare Bowels. « Cela nous a permis de développer un savoir-faire interne sur la façon d'optimiser les conceptions pour l'impression 3D, que nous pouvons ensuite appliquer aux nouveaux moteurs que nous devons développer et vendre pour répondre à la demande du marché. Et en sachant déjà comment faire cela, nous pouvons arriver plus rapidement sur le marché. »