?

Log in

No account? Create an account

zelenyikot


Открытый космос Зеленого кота

Космос ближе, чем кажется


Previous Entry Share Next Entry
3D-печать в космонавтике
zelenyikot


Сейчас 3D-печать утратила ореол новизны и инновационности, превратившись в одну из технологических операций современной промышленности. Космонавтика довольно консервативная отрасль, но и здесь производится поиск применения 3D-принтеров. Печать пластиком уже выбралась в космос в качестве эксперимента, а спекание металлического порошка применяют в ракетном деле.

На крупных предприятиях космической отрасли 3D-печать пластиком нашла применение в макетировании, и изготовлении литейных форм. Селективное лазерное спекание металлического порошка пока не заслужило доверия у ракетостроителей, и по-прежнему не конкурирует с литьем, штамповкой и фрезеровкой. Технология 3D-печати металлом пока воспринимается как эксперимент, проводимый, зачастую, за государственный счет. Например в 2015 году, на средства NASA была напечатана медью камера сгорания для ракетного двигателя.



Далее проводили еще несколько экспериментов с различными сплавами и технологиями изготовления. Один из двигателей с 3D-печатной камерой сгорания испытали на стенде, но на ракеты, производимые по госконтракту, двигатели оставили без изменений.



Частные космические компании более открыты к инновациям и смелее подходят к внедрению передовых технологий в серийное производство. Новозеландская компания RocketLab освоила технологии трехмерной печати в изготовлении элементов ракетного двигателя Rutherford. Печатается один из ключевых элементов ракетного двигателя — камера сгорания и сопло с рубашкой охлаждения, где должно циркулировать ракетное топливо во время работы двигателя. Rutherford испытали сначала на стенде, затем в ходе космического запуска. Первый пуск ракеты сорвался из-за сбоя в системе связи, а второй, в январе 2018 года прошел успешно.



Правда Rutherford от RocketLab довольно легкий, имеет тягу около 2,5 т и массу около 25 кг. Девять таких двигателей требуется на первой ступени ракеты Electron, чтобы запустить груз всего 200 кг на низкую околоземную орбиту.

Несколько металлических 3D-печатных элементов используется в значительно более мощных двигателях Merlin на тяжелой ракете Falcon 9 компании SpaceX. Однако, ключевые элементы этого двигателя изготавливают по иным технологиям; фрезеровка, литье под давлением, горячая формовка и т.п.

Американский стартап Relativity Space пошел дальше всех. Его основатели предлагают производить ракету полностью напечатанную на 3D-принтере. Хотя речь идет о массовом использовании деталей, созданных по технологии селективного лазерного спекания при помощи специально разработанного 3D-принтера на базе роботов Kuka.



По заверению авторов проекта, им удалось сократить общее число деталей ракеты от 100 тыс. до 1 тыс.

В спутникостроении экспериментальные детали для космических аппаратов изготавливали по заказу Европейского космического агентства. Небольшую параболическую антенну, механизм развертывания солнечных батарей, элементы системы получения изображений, корпус малого спутника стандарта CubeSat. Трехмерная печать снижает массу элементов, уменьшает общее количество деталей, открывает новые возможности в конструировании деталей на основе топологической оптимизации, позволяет заменять шлейфы проводов на токопроводящие нити протянутые прямо через стенки конструкции.



Хотя в космос изделия так и не запустили, полагаясь на освоенные ранее технологии. Хотя, возможно, полученные результаты найдут применение в будущих спутниковых платформах.

В отношении 3D-печати сказывается консервативность производителей космической техники, ведь мало разработать новый элемент конструкции, требуется провести его многократные испытания на Земле, затем запустить в космос и там убедиться в прямых выгодах, которые новинка даст по сравнению с аналогами прежних лет. Поэтому частным новичкам проще использовать новые технологии, т.к. их разработки и так требуют полноценного испытания.

Отдельное направление трехмерной печати, которое пока не выбралась из экспериментальной стадии — печать в космосе. Это направление рассматривается в качестве перспективной возможности воплотить мечты теоретиков космонавтики прошлого века, и начать производство в космосе. Сначала такое производство могло бы покрывать потребности в космосе, а потом и на Земле, открывая возможность выноса в космос наиболее опасных для экологии производств. Впрочем, до решения глобальных проблем с помощью 3D-принтеров пока далеко.

На борту МКС проводился эксперимент по трехмерной печати ABS-пластиком в условиях микрогравитации. Астронавты смогли успешно напечатать храповой ключ, из файла, переданного с Земли, подтвердив принципиальную возможность создавать новые изделия на орбите.



Компания, оснастившая МКС 3D-принтером — Made In Space — надеется развивать технологию и создавать принтеры способные прямо в вакууме создавать элементы конструкции космических аппаратов и орбитальных станций.

Частная компания Deep Space Industries в 2013 году взялась за разработку 3D-принтера, который сможет печатать металлом в невесомости. Компания ставит своей целью добычу полезных ископаемых на астероидах, поэтому в качестве сырья предполагается использовать основной материал металлических астероидов — железо-никелевый сплав. Однако на сегодня все упоминания об этой разработке с сайта DSI удалены.

Другая компания, которая нацелилась на астероиды — Planetary Resources — также видит будущее в применении космических ресурсов в орбитальном производстве. В качестве эксперимента, компания напечатала в земной лаборатории небольшую конструкцию, применив в качестве материала измельченный в порошок металлический метеорит. (Фото в заголовке).

Российская компания “Анизопринт” разрабатывает технологию 3D-печати из композитов и рассматривает, в качестве возможного применения, печать композитных элементов космических аппаратов на орбите.

Другой российский стартап 3D Bioprinting Solutions планирует провести эксперимент на российском сегменте МКС, с биофабрикацией тканей организма. Предполагается, что условия микрогравитации позволят формировать устойчивые трехмерные структуры и полноценные ткани и даже органы, созданию которых на Земле препятствует гравитация. Оборудование для проведения эксперимента уже отправлено на МКС.

На Земле 3D-принтеры уже справляются не только с небольшими изделиями, но и с целыми домами. Подобный опыт предлагается применить и в создании внеземных поселений или научных баз. В США, России и других странах ведутся разработки и проводятся эксперименты в этом направлении.



Европейская фирма Foster and Partners по заказу ESA провела дизайнерскую работу по проектированию лунной базы, напечатанной из реголита. В качестве подтверждения предлагаемой технологии компания заказала печать одного блока из вулканического базальта при помощи строительного принтера D-Shape.



В Самарском государственном технологическом университете занимаются разработкой лунного посадочного аппарата, который мог бы заниматься спеканием из реголита строительных блоков. В качестве источника энергии предполагается использовать солнечный свет, который концентрируется развернутыми отражателями.



К сожалению, пока большинство проектов связанных с 3D-печатью в космосе, остаются на Земле. Связано это отчасти с несовершенством технологии, отчасти с незначительной выгодой, которую обещает новая технология. Тут многое зависит от эффекта масштаба: пока вся промышленность основана на применении более ранних технологий, поэтому новинка оказывается дороже и рискованней, чем повторение пройденного. Хотя определенный выигрыш 3D-принтеры способны дать, поэтому стоит ожидать повышение их популярности в космической отрасли.

Подготовлено для Nplus1.ru публикуется в авторской редакции.

zelenyikot

Финансово поддержать выход новых материалов можно через сервис Patreon.
Другие способы
оказать поддержку.

Чтобы не пропускать новые посты, подпишитесь на мои страницы:
в ЖЖ, Facebook, Вконтакте, Twitter.


Subscribe to  zelenyikot

promo zelenyikot september 5, 07:45 76
Buy for 800 tokens
Наконец-то я могу официально объявить, что в продаже появилась научно-популярная книга моего авторства об исследовании Солнечной системы автоматическими межпланетными станциями. Здесь можно найти как описание отдельных космических миссий последних лет, так и обобщенные результаты исследований…

  • 1

как я понимаю

основная проблема - ЗД печатает из того матераля, который подходит для этой печати, а не из того материала , который оптимален для данной детали по своим характеристикам..
плюс размер - ИМХО можно было бы хорошо сэкономить при изготовлении силового набора ракеты , где некоторые детали весят десятки если не сотни кг.. но и размер у них по несколько метров..

Если говорите о SLM, То печатать можно вообще почти любыми металлами и сплавами, от бронзы до инконеля.

вообще им надо уходить в сторону разработок печати объектов тяжелого машиностроения.
например бульдозер или экскаватор на луну не утащить, а вот если напечатать его на месте....

Может, лучше все-таки от простого к сложному?
Или от малого к великому.

Статья о 3D-печати в космонавтике, и ни слова о SuperDraco? Да как так-то!

Про двигатели и так немало сказано, тем более SuperDraco так и не пошли в работу.

Что слышно с лунным проектом? С фотографировать с частного спутника?

В процессе разработки. Когда будут новости - расскажу.

Думаю, что самые интересные и масштабные работы сейчас в этом направление - создание европейского двигателя Prometheus (Прометей) для ракет "Ариан-6".

самые интересные и масштабные работы сейчас в этом нап

Это с чего бы вечно находящиеся в #опе технологий европейцы вдруг стали интересны?!

Насколько я понимаю, 3Д-печать выгодна там, где объект очень сложен топологически и, соответственно, его трудно изготовить обычными способами. Но зачем так изготавливать камеру сгорания ? Это же просто мешок, хотя и хитро изогнутый. Похоже, тут больше рекламы, чем реальной пользы.

Мешок, у которого в стенках рубашка охлаждения.

пусть напечатают мне троутуар от дома до остановки, в галоши вода из луж затекает

А прежние технологии уже не справляются?

Зачем, что за тупость?!

"Другой российский стартап 3D Bioprinting Solutions планирует провести эксперимент на российском сегменте МКС, с биофабрикацией тканей организма."
а в какие сроки они планируют провести эксперимент?

Пишут, что сразу по прибытии, чтобы биоматериалы не испортились. Но провести эксперимент, оценить результаты и поделиться ими - это разные вещи. Так, что ждем.

Интересно, не обесценит ли внедрение этих технологий многоразовость элементов ракет-носителей.

Интересно, не обесценит ли внедрение этих технологий м

А Маск, по-вашему, у себя "металлическую" 3D-печать в Falcon 9 не использует, да? %~)))

Про такое замечательно писал Роберт Шекли в рассказе про Греори и Арнольда - "Необходимая вещь" :D

Ага, постоянно о нем вспоминаю )

Астронавты смогли успешно напечатать храповой ключ, из файла, переданного с Земли, подтвердив принципиальную возможность создавать новые изделия на орбите.

Ну вот, теперь понятно, откуда на МКС могла появиться неучтенная дрель...

Вообще-то 3-печать может делаться и нитями на клею! Изделия получатся, конечно, специфические, но у всего есть своя ниша. Зато технологически проще пареной.

> Другой российский стартап 3D Bioprinting Solutions планирует провести эксперимент на российском сегменте МКС, с биофабрикацией тканей организма. Предполагается, что условия микрогравитации позволят формировать устойчивые трехмерные структуры и полноценные ткани и даже органы, созданию которых на Земле препятствует гравитация. Оборудование для проведения эксперимента уже отправлено на МКС.


Не взлетит. Не, напечатать что-то для прикола можно, но смысла пока в этом нет. Хотя бы потому, что непонятно как себя будут вести плюрипотентные клетки в условиях невесомости, как они будут создавать ткани, что с этими тканями будет в долговременнлм плане. Это само по себе мощнейший НИОКР на который нужны олимпиарды бабла. И все это ради создания неких структур которые якобы нельзя создавать при 1Ж (хотя природа както справляется)?

Edited at 2018-10-10 09:39 pm (UTC)

  • 1