より重い積荷を深宇宙に運ぶことができるように、NASA は打ち上げ時の熱にも耐えられるアルミニウム製の軽量ロケットエンジンノズルを設計しました。
NASAは最近、アラバマ州ハンツビルのマーシャル宇宙飛行センターで2つの3Dプリントノズルを試験し、最も過酷な深宇宙環境でも動作可能であることを証明したと発表しました。NASAが資金提供する第四次産業革命のための反応性積層造形（Reactive Additive Manufacturing for the Fourth Industrial Revolution、RAMFIRE）プロジェクトは、Elementum 3Dとの提携の下、軽量で積層造形されたアルミニウム製ロケットノズルの開発に重点を置いています。
ノズルは、液体酸素と液体水素、そして825ポンド/平方インチを超える圧力室を備えた液体酸素と液体メタン燃料構成を用いた複数回の高温燃焼試験で、約10分間作動しました。NASAマーシャル研究所のRAMFIRE主任研究員であるポール・グラドル氏は声明で、「この一連の試験は、ノズルにとって重要なマイルストーンとなります。厳しい高温燃焼試験シリーズでノズルを徹底的に試験した結果、月着陸船規模のエンジンの熱負荷、構造負荷、圧力負荷に耐えられることが実証されました」と述べています。
ロケットエンジンのノズルは、グラファイト、セラミック、高融点金属など、様々な材料で作られています。アルミニウムは他の金属に比べて密度が低いため、軽量でありながら高い強度を保てるという大きな利点があります。唯一の問題は、アルミニウムは極度の熱に対する耐性が非常に低いことです。そのため、ロケットエンジン部品の積層造形には通常使用されません。
RAMFIREは、ロケットエンジンに使用できる耐熱性を備えた溶接可能なアルミニウムの開発を目指しました。RAMFIREのノズルは、内部に小さな溝を設け、溶融を防ぐのに十分な冷却効果を発揮するように設計されています。
高い構造負荷に耐えられる軽量ロケット部品の製造能力があれば、NASAはより多くの貨物を深宇宙へ送ることができるようになります。NASA宇宙技術ミッション局の主任技術者であるジョン・ビッカーズ氏は声明で、「質量はNASAの将来の深宇宙ミッションにとって非常に重要です」と述べています。「このようなプロジェクトは、先進材料を用いた積層造形技術を成熟させ、月、火星、そしてさらにその先を目指すNASAの野心的なミッションに必要な、新たな推進システム、宇宙での製造、そしてインフラの進化に貢献するでしょう。」
写真：RPMイノベーション
NASAによると、RAMFIREノズルは高度な3Dプリント技術を用いて一体型に製造されているため、接合箇所が大幅に少なく、製造時間が大幅に短縮されるという。一方、通常の製造では、最大1,000個の部品を個別に接合する必要がある場合もある。「製造工程のステップ数を削減することで、大型エンジン部品をわずか数日で一体型に製造できるようになりました」とグラドル氏は述べた。
RAMFIRE アルミニウム材料と付加製造プロセスは、複雑な一体型冷却チャネルを備えた直径 36 インチのエアロスパイク ノズルや極低温流体用途の真空ジャケット タンクなど、他のロケット部品の製造にも使用されました。
