3D-печать в космосе: Как Relativity Space создает ракеты будущего

Новая космическая гонка: Роль 3D-печати

Человечество снова устремило свой взор к звездам. Новая космическая гонка набирает обороты, и в авангарде этого движения идут не только гиганты вроде NASA и SpaceX, но и смелые стартапы. Одной из ключевых технологий, меняющих правила игры в аэрокосмической отрасли, стала 3D-печать. Возможность быстро создавать сложные детали, сокращать издержки и ускорять циклы разработки открывает невиданные ранее перспективы. Именно на эту технологию сделал ставку молодой предприниматель Тим Эллис, основав компанию Relativity Space.

Пока Илон Маск строит планы колонизации Марса, а Джефф Безос развивает космический туризм, Relativity Space выбрала свой путь – создание ракет, почти полностью напечатанных на 3D-принтере. Это не просто технологический эксперимент, а амбициозная попытка кардинально изменить подход к производству космической техники.

Relativity Space: Амбиции молодого визионера

Видя, как Тим Эллис сгорбился над своим ноутбуком в одиночестве в одной из комнат на крупной конференции по космической индустрии несколько лет назад, вряд ли можно было представить, что он станет заметной фигурой в отрасли. Однако основанная им в декабре 2015 года компания Relativity Space быстро привлекла внимание и инвестиции.

Эллис, получивший степень магистра аэрокосмической инженерии в Университете Южной Калифорнии, сумел собрать команду опытных специалистов, в том числе ветеранов из SpaceX и Blue Origin. Его видение – использовать аддитивные технологии для создания более дешевых, быстрых и гибких в производстве ракет – нашло отклик у инвесторов Кремниевой долины.

«В Кремниевой долине считают, что ты будешь делать тонны крупных ставок, и многие из них полностью потеряют деньги. Но те, которые преуспеют, заплатят за всех проигравших - и в результате получится огромный результат, например, это будет следующий Google или следующий SpaceX», - объяснял Эллис философию венчурного инвестирования.

Terran 1: Революция в ракетостроении?

Флагманским проектом Relativity Space стала ракета Terran 1. Ее уникальность заключалась в том, что около 85% ее массы (включая двигатели Aeon 1) планировалось изготавливать с помощью 3D-печати металлами. Это был беспрецедентный шаг, направленный на радикальное упрощение производственного процесса.

Ракета Terran 1 была спроектирована для вывода полезной нагрузки до 1250 кг на низкую околоземную орбиту (НОО). Это делало ее идеальной для запуска небольших спутников, спрос на которые стремительно рос благодаря развитию спутниковых группировок для связи, наблюдения Земли и других задач.

Уникальные 3D-принтеры Stargate

Для реализации своих амбиций Relativity Space разработала собственные гигантские 3D-принтеры Stargate. Эти системы, использующие технологию селективного лазерного плавления (SLM) или аналогичные методы работы с металлом, способны печатать крупногабаритные компоненты ракет, такие как топливные баки и элементы корпуса. Использование таких принтеров с большой областью печати является ключевым элементом стратегии компании по автоматизации и упрощению производства.

Преимущества аддитивного производства в космосе

Ставка Relativity Space на 3D-печать была основана на ряде весомых преимуществ этой технологии для аэрокосмической отрасли.

Сокращение количества деталей

Компания утверждала, что благодаря 3D-печати их ракета Terran 1 будет состоять из в 100 раз меньшего количества деталей по сравнению с традиционно производимыми ракетами. Это достигается за счет возможности печатать сложные интегрированные компоненты как единое целое, устраняя необходимость в множестве сварных швов, крепежных элементов и сборочных операций. Упрощение конструкции ведет к повышению надежности и снижению веса.

Скорость и гибкость

Одним из самых амбициозных заявлений Relativity Space была цель сократить время от получения сырья до готовой к полету ракеты до 60 дней. Традиционное ракетостроение – это долгий процесс со сложными цепочками поставок и длительными производственными циклами. 3D-печать позволяет значительно ускорить прототипирование и производство. Кроме того, она обеспечивает гибкость: например, Relativity Space предлагала возможность адаптации размера головного обтекателя ракеты под конкретные нужды заказчика.

Снижение затрат

Автоматизация процессов 3D-печати и сокращение количества деталей ведут к уменьшению трудозатрат и материальных издержек. Хотя разработка и внедрение самой технологии требуют значительных инвестиций, в долгосрочной перспективе 3D-печать обещает сделать запуск спутников более доступным. Заявленная стоимость запуска Terran 1 составляла около 12 миллионов долларов, что было конкурентоспособным предложением на рынке малых ракет-носителей.

Эти преимущества 3D-печати делают ее привлекательной не только для стартапов, но и для устоявшихся игроков аэрокосмической индустрии.

Путь к звездам: Вехи и реальность

От амбициозной идеи до реального полета – путь долгий и тернистый, особенно в ракетостроении, где цена ошибки чрезвычайно высока.

Финансирование и партнерства

Relativity Space успешно привлекала значительные инвестиции, собрав сотни миллионов долларов от ведущих венчурных фондов. Компания заключила контракты с операторами спутниковой связи, такими как Telesat, и получила доступ к стартовым площадкам на мысе Канаверал от ВВС США. Это свидетельствовало о доверии к подходу компании со стороны инвесторов и потенциальных клиентов.

Первый запуск Terran 1: "Удачи, повеселись!"

Первый и, как оказалось, единственный испытательный полет ракеты Terran 1 состоялся 23 марта 2023 года под девизом "Good Luck, Have Fun" (GLHF). Ракета успешно стартовала и прошла точку максимального аэродинамического сопротивления (Max-Q), став первой ракетой, напечатанной на 3D-принтере и работающей на метане, которой это удалось. Однако из-за аномалии во второй ступени ракета не смогла достичь орбиты.

Несмотря на неудачу с выходом на орбиту, полет продемонстрировал жизнеспособность основной концепции 3D-печатной ракеты и предоставил ценные данные для дальнейшей разработки.

Стратегический поворот: Terran R

Вскоре после полета Terran 1 компания Relativity Space объявила о стратегическом решении сосредоточить все усилия на разработке своей следующей, гораздо более крупной и полностью многоразовой ракеты – Terran R. Этот шаг был продиктован анализом рынка, который показал растущий спрос на запуски более тяжелых полезных нагрузок.

Terran R проектируется как прямой конкурент Falcon 9 от SpaceX. Она также будет в значительной степени изготовлена с помощью 3D-печати и рассчитана на многократное использование как первой, так и второй ступени. Этот амбициозный проект требует еще больших технологических прорывов и инвестиций.

Будущее 3D-печати в аэрокосмической отрасли

Опыт Relativity Space, несмотря на смешанные результаты первого запуска, подчеркивает огромный потенциал аддитивного производства в космосе. Технология позволяет создавать легкие и прочные конструкции сложной геометрии, оптимизированные под конкретные задачи, что невозможно или крайне дорого при использовании традиционных методов.

Другие компании, такие как Rocket Lab, также активно используют 3D-печать для производства компонентов своих ракет (например, двигателей Rutherford). Использование инженерных пластиков и, в особенности, металлических сплавов в 3D-печати открывает путь к созданию более эффективных и надежных космических аппаратов.

От печати инструментов и запчастей прямо на борту МКС до создания целых ракетных двигателей и конструкций – 3D-печать становится неотъемлемой частью современного производства в аэрокосмической сфере.

Заключение: Печатая путь на Марс?

История Relativity Space – это яркий пример того, как смелые идеи и инновационные технологии могут бросить вызов устоявшимся отраслям. Хотя путь к созданию полностью 3D-печатных и надежных ракет оказался сложнее, чем предполагалось изначально, компания продемонстрировала принципиальную возможность такого подхода и стимулировала дальнейшее развитие аддитивных технологий в космосе.

Сможет ли Terran R составить конкуренцию гигантам рынка? Покажет время. Но одно можно сказать наверняка: 3D-печать уже меняет облик аэрокосмической индустрии, делая космос немного ближе и доступнее. И кто знает, возможно, именно напечатанные на 3D-принтере компоненты станут основой для будущих миссий к Луне и Марсу.

Заинтересовались возможностями 3D-печати? В 3D4U вы найдете широкий выбор 3D-принтеров – от моделей для начинающих до профессиональных систем, способных решать сложные инженерные задачи. Ознакомьтесь с нашим каталогом и начните воплощать свои идеи в реальность!