O inovador bocal de foguete da NASA abre caminho para missões no espaço profundo
A NASA construiu e testou recentemente um bico de motor de foguete fabricado aditivamente – ou impresso em 3D – feito de alumínio, tornando-o mais leve que os bicos convencionais e definindo o rumo para voos espaciais profundos que podem transportar mais cargas úteis.
Sob o Anúncio de Oportunidade Colaborativa da agência, engenheiros do Marshall Space Flight Center da NASA em Huntsville, Alabama, fizeram parceria com a Elementum 3D, em Erie, Colorado, para criar um tipo de alumínio soldável que seja resistente ao calor o suficiente para uso em motores de foguete. Comparado a outros metais, o alumínio tem densidade mais baixa e permite componentes leves e de alta resistência.
No entanto, devido à sua baixa tolerância ao calor extremo e à sua tendência a rachar durante a soldagem, o alumínio não é normalmente usado para fabricação aditiva de peças de motores de foguetes – até agora.
Conheça o mais recente desenvolvimento da NASA no âmbito do projeto Reactive Additive Manufacturing for the Fourth Industrial Revolution, ou RAMFIRE. Financiado pela Diretoria de Missão de Tecnologia Espacial (STMD) da NASA, o RAMFIRE se concentra no avanço de bicos de foguete de alumínio leves e fabricados aditivamente. Os bicos são projetados com pequenos canais internos que mantêm o bico resfriado o suficiente para evitar o derretimento.
Com métodos de fabricação convencionais, um bocal pode exigir até mil peças unidas individualmente. O bocal RAMFIRE é construído como uma peça única, exigindo muito menos ligações e reduzindo significativamente o tempo de fabricação.
A NASA e a Elementum 3D desenvolveram pela primeira vez a nova variante de alumínio conhecida como A6061-RAM2 para construir o bico e modificar o pó usado com a tecnologia de deposição de energia dirigida a laser (LP-DED). Outro parceiro comercial, a RPM Innovations (RPMI) em Rapid City, Dakota do Sul, usou o alumínio recém-inventado e pó especializado para construir os bicos RAMFIRE usando seu processo LP-DED.
“As parcerias da indústria com fornecedores de manufatura especializada ajudam no avanço da base de fornecimento e ajudam a tornar a fabricação aditiva mais acessível para as missões da NASA e para a indústria comercial e aeroespacial em geral”, disse Paul Gradl, investigador principal do RAMFIRE na NASA Marshall.
“Reduzimos as etapas envolvidas no processo de fabricação, o que nos permite fabricar componentes de motores em larga escala como uma única construção em questão de dias.” – PAULO GRADL
Os objetivos da Lua a Marte da NASA exigem a capacidade de enviar mais carga para destinos no espaço profundo. A nova liga poderia desempenhar um papel fundamental nisso, permitindo a fabricação de componentes leves de foguetes capazes de suportar altas cargas estruturais.
O componente, feito para aplicação em fluidos criogênicos, é projetado com uma série de canais de resfriamento integrados que possuem uma espessura de parede de cerca de 0,06 polegadas.
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“A massa é crítica para as futuras missões espaciais da NASA”, disse John Vickers, principal tecnólogo de fabricação avançada de STMD. “Projetos como esta manufatura aditiva madura, juntamente com materiais avançados, ajudarão a desenvolver novos sistemas de propulsão, fabricação no espaço e infraestrutura necessária para as ambiciosas missões da NASA à Lua, Marte e além.”
No início deste verão, na área de testes leste de Marshall, dois bicos RAMFIRE completaram vários testes de fogo quente usando oxigênio líquido e hidrogênio líquido, bem como configurações de oxigênio líquido e combustível de metano líquido. Com câmaras de pressão superiores a 825 libras por polegada quadrada (psi) – mais do que as pressões de teste previstas – os bicos acumularam com sucesso 22 partidas e 579 segundos, ou quase 10 minutos, de tempo de operação. Este evento demonstra que os bicos podem operar nos ambientes mais exigentes do espaço profundo.
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“Esta série de testes representa um marco significativo para o bico”, disse Gradl. “Depois de testar o bico em uma exigente série de testes de fogo quente, demonstramos que o bico pode sobreviver às cargas térmicas, estruturais e de pressão de um motor em escala de módulo de pouso lunar.”
Além de construir e testar com sucesso os bicos do motor do foguete, o projeto RAMFIRE utilizou o material de alumínio RAMFIRE e o processo de fabricação aditiva para construir outros grandes componentes avançados para fins de demonstração. Isso inclui um bico aerospike de 36 polegadas de diâmetro com complexos canais de refrigeração integrados e um tanque revestido a vácuo para aplicações de fluidos criogênicos.
A NASA e parceiros da indústria estão trabalhando para compartilhar os dados e processos com partes interessadas comerciais e acadêmicas. Várias empresas aeroespaciais estão avaliando a nova liga e o processo de fabricação aditiva LP-DED e procurando maneiras de usá-la para fabricar componentes para satélites e outras aplicações.
Fonte e fotos: NASA
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