Аддитивное производство (3D-печать) совершило настоящую революцию. В отличие от традиционных методов, где значительная часть сырья при производстве уходит в неизбежные отходы, 3D-печать создает компоненты на заказ, слой за слоем. Этот процесс практически не создает отходов и является быстрым, экономичным и эффективным. Если раньше 3D-печать использовалась в основном для моделирования и прототипирования, то сейчас области применения включают и аэрокосмическую индустрию.
NASA разработала алюминиевое сопло в сотрудничестве с одной из ведущих компаний рынка 3D-печати Elementum 3D. По сравнению с другими металлами, алюминий имеет меньшую плотность и позволяет создавать высокопрочные и легкие компоненты. Однако при традиционном производстве для сопла ракеты может потребоваться тысяча индивидуально соединенных деталей. Это делает алюминий непрактичным, поскольку он имеет низкую устойчивость к экстремальным температурам и склонность к растрескиванию во время сварки. Процесс реактивного аддитивного производства RAMFIRE (Reactive Additive Manufacturing for the Fourth Industrial Revolution) устраняет эту проблему, производя алюминиевые компоненты как единое целое, что значительно сокращает время производства.
Сопла имеют небольшие внутренние каналы, которые помогают охлаждать их, предотвращая плавление. 3D-принтер RAMFIRE и сам процесс формирования деталей были разработаны другим коммерческим партнером NASA — RPM Innovations. Эта компания специализируется на методе направленного энергетического осаждения (DED), при котором слои порошкового сплава наносятся и сплавляются с помощью лазеров.
Два созданных по такой технологии сопла RAMFIRE успешно прошли испытания на полигоне Центра космических полетов Маршалла в Хантсвилле. Сопла справились с использованием жидкого кислорода (LOX) и жидкого водорода (LH2), а также комбинаций LOX с жидким метаном при давлениях, превышающих 5690 килопаскалей. Это выше, чем ожидается при запуске ракет. Всего сопла прошли 22 пусковых испытания и работали более 10 минут, демонстрируя способность выдерживать сложные условия работы при старте ракеты и в космическом пространстве.
NASA впервые продемонстрировало эффективность компонентов, напечатанных на 3D-принтере, в марте 2023 года, когда Relativity Space провела испытательный запуск своей ракеты Terran 1 со станции космических сил на мысе Канаверал во Флориде. Эта испытательная ракета была первой, полностью изготовленной из деталей, напечатанных на 3D-принтере. Двигатели были сделаны из инновационного сплава Glenn Research Copper и могли выдерживать температуры, приближающиеся к 3315 °C, что на 40% выше, чем у традиционных медных сплавов.
В дополнение к ракетным соплам и двигателям RAMFIRE также изготовила аэродинамическое сопло диаметром 91 см, включающее компоненты для применения с криогенным топливом. Эти инновации важны для программы NASA «Луна-Марс», которая включает миссию «Артемида» и возвращение астронавтов на Луну, а также создание лунной инфраструктуры, необходимой для организации пилотируемых миссий на Марс. Неотъемлемая часть этой программы — отправка более крупных грузов на Луну, Марс и другие места в дальнем космосе, а также возможное создание ракетных деталей за пределами Земли.
