Студенты испытывают отпечатанный на 3D-принтере ракетный двигатель
Как в романе Роберта Хайнлайна, студенты из Калифорнийского университета в Сан-Диего создали ракетный металлический двигатель, применяя метод, ранее доступный только НАСА. В начале месяца студенческое общество Калифорнийского университета по исследованиям и развитию космических устройствв Школе инженерии имени Якобса провела тесты по огнестойкости 3D-печатного металлического ракетного двигателя на космодроме Friends of Amateur Rocketry, который находится в пустыне Мохаве (Калифорния). Это первое испытание такого двигателя, работающего на жидком топливе, которое было сделано университетом и которое впервые осуществлено и напечатано вне НАСА.
Ракетный двигатель, называемый Tri-D, был спроектирован и собран в сотрудничестве с Центром космических полетов имени Маршалла в рамка проекта по изучению возможностей печатных компонентов ракеты. Двигатель был разработан для снабжения третьего этапа пусковой установки Nanosat, способной запускать спутники весом менее 1,33 кг.
Tri-D составляет всего около 17,7 см в длину и весит около 4,5 кг. Изготовленный из хром-кобальтового сплава, он сжигает керосин и жидкий кислород и производит около 90,7 кг тяговой силы. Основным вкладом студентов был дизайн плоской распылительной головки, которая является ключевым компонентом, используемым для впрыска топлива в камеру сгорания. Головка имеет входное устройство, работающее по принципу «топливо – окислитель – окислитель – топливо», с двумя внешними топливными отверстиями, соединёнными с двумя внутренними окислительными отверстиями.
Ракета имеет регенеративное охлаждающее покрытие, которое простирается до сопла, чтобы охлаждать двигатель во время запуска. Оно было разработано для сжигания топлива в середине камеры сгорания, чтобы хранить тепло как можно дальше от стенок камеры изолируя их с помощью слоя относительно холодных газов.
Двигатель Tri-D стоит всего 6800 долларов США. НАСА выделило 5 000 долларов США, и студенты собрали остальную сумму на благотворительных акциях (продажа барбекю и т.д.).
GPI Prototype and Manufacturing Services напечатали двигатель, используя метод, называемый «прямым спеканием металла с помощью лазера». В процессе 3D-печати, порошок сплава из хрома и кобальта был распределен тонким слоем печатной машиной. Лазер, управляемый компьютером, затем плавил порошок в поперечном сечении компонента двигателя. Машина распределяла второй слой порошка, и процесс повторялся, пока компонент не стал цельным. Лишний порошок затем удаляется, как и все временные опорные компоненты, которые печатались, чтобы соединять части компонента вместе во время печати. Затем его закаливали, полировали и собирали.
Преимущества лазерной 3D-печати заключаются в том, что она намного дешевле и работа, которая обычно длится неделями, завершается буквально через час. Кроме того, печать позволяет создание более сложных конструкций для каждой части и, следовательно, меньшее количество деталей для готового продукта. Кроме того, печатные сплавы имеют большую прочность, чем литые.
Согласно заявлению студентов, испытания в пустыне Мохаве прошли без сучка и задоринки, и продукты сгорания двигателя достигают сверхзвуковой скорости. «Это был оглушительный успех и может стать следующим шагом в развитии дешевых двигательных систем и коммерциализации космического пространства», - говорит президент студенческого общества Дипак Атиам (Deepak Atyam).
В дополнение к успешным испытаниям, разработка Tri-D получила Студенческую награду конкурса DIYRockets.
Видео ниже показывает огневые испытания ракетного двигателя Tri-D.
По материалам пресс-релиза Калифорнийского университета.
Анастасия Полянская nauka21vek.ru