(ویدیو) جدیدترین فناوری ناسا؛ ساخت نازل‌های موشک آلومینیومی سبک‌وزن

ناسا اخیرا یک نازل موتور موشک از جنس آلومینیوم را با فناوری چاپ سه‌بعدی ساخته و آزمایش کرده است که آن را سبک‌تر از نازل‌های معمولی می‌کند و مسیری را برای پرواز‌های اعماق فضا نشان می‌دهد که می‌توان در آن‌ها محموله‌های بیشتری را حمل کرد.

مهندسان «مرکز پرواز فضایی مارشال» با شرکت «Elementum ۳ D» همکاری کرده‌اند تا نوعی آلومینیوم قابل جوش دادن بسازند که به اندازه کافی در برابر حرارت مقاوم است و می‌توان از آن در موتور‌های موشک استفاده کرد.

آلومینیوم در مقایسه با سایر فلزات، چگالی کمتری دارد و اجازه می‌دهد تا اجزا با استحکام بالا و وزن سبک تولید شوند. با وجود این، به دلیل تحمل کم آن در برابر گرمای شدید و تمایل به ترک خوردن هنگام جوشکاری، آلومینیوم معمولا تا به حال برای ساخت قطعات موتور موشک استفاده نشده است.

جدیدترین پیشرفت ناسا تحت پروژه «RAMFIRE» انجام می‌گیرد که تحت برنامه «مدیریت ماموریت فناوری فضایی» (STMD) این آژانس فضایی تأمین مالی می‌شود و بر پیشرفت نازل‌های موشک آلومینیومی سبک‌وزن با فناوری چاپ سه‌بعدی تمرکز دارد. نازل‌ها با کانال‌های داخلی کوچکی طراحی شده‌اند که نازل را به اندازه کافی خنک نگه می‌دارند تا از ذوب شدن آن جلوگیری شود.

با روش‌های تولید مرسوم، یک نازل ممکن است به هزار قطعه متصل به هم نیاز داشته باشد، اما نازل RAMFIRE به صورت یک تکه ساخته شده است که به اتصالات بسیار کمتری نیاز دارد و زمان ساخت را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد.

ناسا و شرکت Elementum ۳ D ابتدا نوع جدیدی از آلومینیوم به نام A ۶۰۶۱-RAM ۲ را برای ساخت نازل و اصلاح پودر مورد استفاده با فرآیند «LP-DED» ابداع کردند. شریک تجاری دیگر، «RPM Innovations» است که از آلومینیوم و پودر مخصوص تازه ابداع‌شده برای ساخت نازل‌های RAMFIRE با استفاده از فرآیند LP-DED خود استفاده کرد.

فرآیند LP-DED یک حوضچه مذاب را با استفاده از لیزر ایجاد می‌کند و پودر را به حوضچه مذاب می‌دمد تا مواد لایه‌به‌لایه رسوب کنند. مهندسان ناسا از این نازل به عنوان اثبات مفهوم و برای اطلاع‌رسانی در مورد طراحی اجزای بعدی استفاده خواهند کرد.

«پل گرادل» (Paul Gradl) پژوهشگر ارشد RAMFIRE در مرکز پرواز‌های فضایی مارشال گفت: مشارکت‌های صنعتی با فروشندگان تخصصی به پیشبرد روند تامین کمک می‌کند و تولید مواد افزودنی را برای ماموریت‌های ناسا و صنعت گسترده‌تر هوافضا بیشتر در دسترس قرار می‌دهد. ما مراحل فرآیند تولید را کاهش داده‌ایم تا بتوانیم قطعات موتور را در مقیاس بزرگ به صورت تکی در عرض چند روز بسازیم.

اهداف پروژه «ماه تا مریخ» ناسا، به توانایی ارسال محموله‌های بیشتر به اعماق فضا نیاز دارند. آلیاژ جدید می‌تواند نقش مهمی را در این امر ایفا کند، زیرا امکان ساخت اجزای سبک‌وزن موشک را فراهم می‌آورد که قادر به تحمل کردن بار‌های سنگین هستند.

تصویری از یک مخزن در مرکز پرواز فضایی مارشال که برای کاربرد سیال برودتی ساخته شده و به یک مجموعه کانال‌های خنک‌کننده یکپارچه مجهز است که ضخامت دیواره آن‌ها به حدود ۰.۰۶ اینچ می‌رسد

«جان ویکرز» (John Vickers) متخصص فناوری برنامه مدیریت ماموریت فناوری فضایی گفت: جرم برای ماموریت‌های فضایی آینده ناسا حیاتی است. پروژه‌هایی از این دست، تولید با مواد پیشرفته را کامل می‌کنند و به تکامل سیستم‌های پیشرانه جدید، ساخت در فضا و زیرساخت‌های مورد نیاز برای ماموریت‌های جاه‌طلبانه ناسا به ماه، مریخ و فراتر از آن نیز کمک خواهند کرد.

اوایل تابستان امسال در منطقه آزمایشی شرق مرکز پرواز‌های فضایی مارشال، دو نازل RAMFIRE چندین آزمایش را با استفاده از اکسیژن و هیدروژن مایع و همچنین تنظیمات سوخت اکسیژن و متان مایع پشت سر گذاشتند. با محفظه‌های فشار بیش از ۸۲۵ پوند بر اینچ مربع که بیش از فشار‌های آزمایشی پیش‌بینی‌شده بود، نازل‌ها با موفقیت عمل کردند. این رویداد نشان می‌دهد که نازل‌ها می‌توانند در ناملایم‌ترین محیط‌های اعماق فضا کار کنند.

گرادل گفت: این مجموعه آزمایش، نقطه عطف مهمی برای نازل است. پس از آزمایش کردن نازل نشان دادیم که نازل می‌تواند در برابر بار‌های حرارتی، ساختار و فشار وارده بر یک موتور مقیاس فرودگر قمری دوام بیاورد.

علاوه بر ساخت و آزمایش موفقیت‌آمیز نازل‌های موتور موشک، پروژه RAMFIRE از مواد آلومینیومی RAMFIRE و فرآیند ساخت برای سایر اجزای بزرگ پیشرفته استفاده کرده است. این اجزا شامل یک نازل با قطر ۳۶ اینچ مجهز به کانال‌های خنک‌کننده پیچیده و یک مخزن برای کاربرد‌های سیال برودتی هستند.

ناسا و شرکای صنعتی آن سعی دارند داده‌ها و فرآیند ساخت را با سهام‌داران تجاری و دانشگاه‌ها سهیم شوند. شرکت‌های گوناگون هوافضا در حال ارزیابی آلیاژ جدید و فرآیند تولید LP-DED هستند تا راه‌هایی را پیدا کنند که بتوان از آن‌ها برای ساخت قطعات ماهواره‌ها و سایر کاربرد‌ها استفاده کرد: