La NASA construyó y probó recientemente una boquilla de aluminio para motor de cohete fabricada aditivamente (o impresa en 3D), lo que la hace más liviana que las boquillas convencionales y sienta las bases para vuelos al espacio profundo que pueden transportar más cargas útiles.
Ingenieros del Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama, se asociaron con Elementum 3D, en Erie, Colorado, para crear un tipo de aluminio soldable que sea lo suficientemente resistente al calor para usar en motores de cohetes. En comparación con otros metales, el aluminio tiene una densidad más baja y permite componentes livianos y de alta resistencia.
Sin embargo, debido a su baja tolerancia al calor extremo y su tendencia a agrietarse durante la soldadura, el aluminio no se suele utilizar para la fabricación aditiva de piezas de motores de cohetes… hasta ahora.
En el marco del proyecto de Fabricación Aditiva Reactiva para la Cuarta Revolución Industrial, o RAMFIRE, financiado por la Dirección de Misiones de Tecnología Espacial (STMD) de la NASA, RAMFIRE se centra en el avance de boquillas de cohetes de aluminio ligeras y fabricadas aditivamente.
Las boquillas están diseñadas con pequeños canales internos que mantienen la boquilla lo suficientemente fría para evitar que se derrita.
Con los métodos de fabricación convencionales, una boquilla puede requerir hasta mil piezas unidas individualmente. La boquilla RAMFIRE está construida como una sola pieza, lo que requiere muchas menos uniones y un tiempo de fabricación significativamente reducido.
La NASA y Elementum 3D desarrollaron por primera vez la novedosa variante de aluminio conocida como A6061-RAM2 para construir la boquilla y modificar el polvo utilizado con la tecnología de deposición de energía dirigida por láser en polvo (LP-DED). Otro socio comercial, RPM Innovations (RPMI) en Rapid City, Dakota del Sur, utilizó el aluminio recién inventado y polvo especializado para construir las boquillas RAMFIRE utilizando su proceso LP-DED.
‘Las asociaciones industriales con proveedores de fabricación especializados ayudan a mejorar la base de suministro y ayudan a que la fabricación aditiva sea más accesible para las misiones de la NASA y la industria comercial y aeroespacial en general’, dijo Paul Gradl, investigador principal de RAMFIRE en NASA Marshall.
Los objetivos de la NASA de la Luna de Marte requieren la capacidad de enviar más carga a destinos en el espacio profundo. La nueva aleación podría desempeñar un papel decisivo al permitir la fabricación de componentes ligeros para cohetes capaces de soportar elevadas cargas estructurales.
‘La masa es fundamental para las futuras misiones de la NASA al espacio profundo’, dijo John Vickers, tecnólogo principal de fabricación avanzada de STMD. ‘Proyectos como este maduran la fabricación aditiva junto con materiales avanzados y ayudarán a desarrollar nuevos sistemas de propulsión, fabricación en el espacio e infraestructura necesarios para las ambiciosas misiones de la NASA a la Luna, Marte y más allá’.
A principios de este verano, en el área de pruebas este de Marshall, dos boquillas RAMFIRE completaron múltiples pruebas de fuego caliente utilizando oxígeno líquido e hidrógeno líquido, así como configuraciones de combustible de oxígeno líquido y metano líquido.
Con cámaras de presión superiores a 825 libras por pulgada cuadrada (psi), presiones de prueba superiores a las previstas, las boquillas acumularon con éxito 22 arranques y 579 segundos, o casi 10 minutos, de tiempo de funcionamiento. Este evento demuestra que las boquillas pueden funcionar en los entornos del espacio profundo más exigentes.
‘Esta serie de pruebas marca un hito importante para la boquilla’, afirmó Gradl. ‘Después de poner a prueba la boquilla en una exigente serie de pruebas de fuego caliente, hemos demostrado que la boquilla puede sobrevivir a las cargas térmicas, estructurales y de presión de un motor a escala de módulo de aterrizaje lunar’.
Además de construir y probar con éxito las toberas de los motores de cohetes, el proyecto RAMFIRE ha utilizado el material de aluminio RAMFIRE y el proceso de fabricación aditiva para construir otros componentes avanzados de gran tamaño con fines de demostración.
Estos incluyen una boquilla aerospike de 36 pulgadas de diámetro con complejos canales de refrigerante integrales y un tanque con camisa de vacío para aplicaciones de fluidos criogénicos.
La NASA y los socios de la industria están trabajando para compartir los datos y el proceso con partes interesadas comerciales y el mundo académico. Varias empresas aeroespaciales están evaluando la nueva aleación y el proceso de fabricación aditiva LP-DED y buscando formas de utilizarlo para fabricar componentes para satélites y otras aplicaciones.
Con información de la NASA
Foto de: NASA /RPM Innovation
