3Dプリント技術を活用した次世代ロケットエンジンの製造

過去数年間、航空宇宙分野の企業は、付加製造、つまり3Dプリンティングがロケットエンジンの製造にどのように役立つかを調査してきました。米国のロケットダイン社はこれらの企業の代表であり、RL10エンジンの部品を3Dプリントすることに尽力している。同社は6月初旬、3Dプリントされた銅製推進室が一連の高温燃焼試験に成功したと発表した。 Rocketdyne 社では、3D プリントを使用することでエンジンの部品数を削減し、生産をスピードアップしてコストを削減することができます。「3Dプリントを使用すると、時間を50％以上節約し、人件費を削減し、サプライヤーと部品の数を減らすことができます」とエアロジェット・ロケットダインの社長兼CEO、エリン・ドレイク氏は4月のインタビューで語った。

3D プリント技術は、ロケットダインのアップグレードされた RL10C-X エンジンの重要な要素です。同社はユナイテッド・ローンチ・アライアンスと提携してこのエンジンを開発しており、同社のバルカンロケットの上段に搭載する予定だ。 RL10C-Xは3Dプリント技術を採用していますが、構造は基本的に以前のバージョンと同じです。 3D プリントされた他の多くのエンジンについても同様であり、その目的は構造上の変更ではなく、コストと製造時間を削減することです。 Rocket Lab のようなスタートアップ企業でさえ、エンジンの主要部品をすべて 3D プリントで製造しています。

アディティブ・ロケット・カンパニー（ARC）の共同創業者兼CEOのアンディ・カティワント氏は、5月にカリフォルニアで開催されたスペース・テクノロジー・エキスポでのスピーチで、「積層造形は設計の自由度を高め、従来の方法でエンジニアがこれまで遭遇していたすべての障害を排除します」と述べた。同氏は、業界に問題があると考えている。多くの企業が3Dプリント技術を使用してエンジンの部品を印刷しているが、実際には、印刷する部品の多くは、従来の方法でも製造できる。この目的のために、彼はARCを共同設立し、3Dプリント技術を使用してエンジンを別の方法で製造することを目指しました。「我々は3Dプリント技術を使って、従来の二元推進剤エンジンを製作するつもりです。基本的に、その中核機能は液体と熱を移動させることであり、我々が目指しているのは、それを最高の推進システムにすることです。」

ARC は、3D プリントと、コンピューターアルゴリズムを使用して何千もの異なるデザインを生み出し、それを繰り返して最適なものを見つけるジェネレーティブデザインツールを組み合わせます。このアプローチから生まれた設計は、3D プリントを使用して作成する必要があるかもしれませんが、これは従来のエンジンエンジニアの想像を超えるものでしょう。

ARC は、このアプローチを、小型の再生冷却エンジンである最初のエンジンに採用しています。エンジンは普通のエンジンと見た目は変わりませんが、内部には血管や木の幹のように灯油や液体酸素を輸送するパイプが何十本も入っています。これは液体燃料を内部に供給する最良の方法の 1 つです。この「バイオニック」システムは、ジェネレーティブデザインの適用から恩恵を受けています。このシステムはエンジン全体の圧力差を減らし、燃料供給に必要な電力を削減し、それによってエンジンを支えるバルブ、ポンプ、燃料タンクのサイズを縮小します。また、ノズルへの熱伝達も改善され、ノズルの耐用年数の延長にも役立ちます。同社は、宇宙船用の小型単一燃料スラスタやコールドガススラスタなど、他のエンジンにもこのアプローチを採用している。これらの設計により、スラスタの性能が向上し、質量が軽減されるため、小型衛星での使用が可能になります。

ARC は、付加製造の新しい用途を模索している唯一の企業ではありません。たとえば、Relativity Space はエンジンを含むロケット全体を 3D プリントする実験を行っており、その開発努力を支援するために数千万ドルを調達しています。

出典: 米国宇宙ニュース/インターネットからの写真、国防科学技術ニュース

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