3Dプリントロケットエンジンで宇宙打ち上げが安価に

アンタークティックベアは、3Dプリントが航空宇宙分野で大きな発展の見込みを持つと考えています。航空宇宙部品にはカスタマイズと軽量特性が求められており、3Dプリント技術は航空宇宙で使用される部品のこれら2つの要件を最大限に実現します。航空宇宙分野では、3Dプリント技術が「バックボーン」となっている。 SpaceX、Blue Origin、Marshall Space Flight Center、Aerojet Rocketdyne、Rocket Labは、3Dプリントがロケット打ち上げ装置の性能を向上させるだけでなく、ロケット打ち上げのコストも削減することを2016年に再び証明しました。

こうしたロケット打ち上げの「ビッグネーム」に加え、市場の隙間を狙うスタートアップ企業も存在する。 Tri-D Dynamics は、カリフォルニア大学の学生によって設立されたスタートアップ企業で、3D プリントまたはハイブリッド 3D プリント技術を使用して小型ロケットエンジンを製造しています。 Tri-D Dynamicsは複数の特許を申請しており、3Dプリントされたロケットエンジンによって宇宙旅行がより身近になると考えている。

画像: ディーパック・アティヤムとアレックス・フィンチのイグナスロケットエンジン
Tri-D Dynamicsの創業者ディーパック・アティヤム氏とアレックス・フィンチ氏は、従来の方法でエンジンを製造するのにかかる3～4か月と比較して、わずか2日または2週間でロケットの部品を製造することで、自社の技術がうまく機能することを証明した。

画像: Deepak Atyam と Alex Finch による Tri-D ロケット Tri-D ロケットのスタートアップは、Atyam がアラバマ州のマーシャル宇宙飛行センターでインターンシップをしていたときに生まれました。そこで彼は、NASA が完全なロケットエンジンの 3D プリントを研究していることを知りました。プログラムで得た知識をもとに、彼はフィンチと共に学部生だったカリフォルニア大学サンディエゴ校に戻りました。 2013年、同大学は全金属製の3Dプリントエンジンを印刷してテストし、このような偉業を達成した最初の大学となった。 3D プリントは、直接金属レーザー溶融技術 (DMLS) を使用してコバルトとクロムを含む金属合金を処理する EOS M280 3D プリンターを使用して行われました。

3Dプリントでより優れたロケットエンジンを
3D プリントは、ロケットエンジンの設計と構築において多くの新たな機会をもたらします。設計面では、従来の製造技術では実現が難しい形状も製造可能です。アティヤム氏は、これまでのところエンジンの主要部品にはロケットのノズルと燃焼室が含まれており、3Dプリントによって組み立ての必要性が大幅に削減されると考えている。

画像: Deepak Atyam 氏と Alex Finch 氏のチームによる Ignus ロケットエンジンの点火テスト。さらに、Tri-D Dynamics エンジンの設計は、印刷プロセス中にサポート構造が不要になるように最適化されています。その結果、印刷が完了すると、時間、労力、コストが節約されます。フィンチ氏は、流体の流れと冷却チャネルを最適化することでエンジン性能を向上させることができると考えており、Tri-D Dynamicsでは各部品の必要性や再設計によって部品点数を削減できるかどうかを検討し、それに基づいて新たな設計を行っている。

宇宙打ち上げを一般の人々にとってより身近なものにする

ロケットエンジンの付加製造は、独自の形状やデザインを組み込むことができるだけでなく、このようなシステムを妥当な時間とコストで製造できる唯一の方法であると 3D Science Valley は考えています。

「多くの小型衛星やキューブサットは、SpaceXやULAロケットのような大型ロケットで宇宙に打ち上げられています」とアティヤム氏は言う。「そのため、衛星を宇宙に打ち上げるまでに1～2年待たなければならず、キューブサットのプロバイダーにとってはマイナスの影響があります。コンピューティング能力や画像技術が向上するにつれ、彼らは新しい技術を活用して、より迅速に衛星を打ち上げられるようになることを期待しています。」

これらの企業は、大型の打ち上げロケットに頼るのではなく、より小型の専用ロケットを利用してキューブサットや小型衛星を軌道に乗せることになるだろう。「これらの特殊な打ち上げ機は高さが約60フィートで、積載量は200キログラム以下です。従来のサイズは高さ200フィート以上ですが、これに比べるとはるかに小型です」とアティヤム氏は言う。「キューブサットの需要に応えるために、おそらく2週間ごと、あるいは毎週、小型衛星をより迅速に打ち上げることが目的です。」

フィンチ氏は、必要に応じて打ち上げサービスを提供することが同社のビジネスモデルだと考えている。「鍵となるのは、宇宙へのアクセスコストを削減することです。これは最も論理的なステップです。なぜなら、ロケットの最も高価で複雑な部品はエンジンだからです。ULA ロケットは、3D プリント技術によるコスト削減が最も大きな効果をもたらすと考えており、ロケット製造の総生産予算を最大 15 パーセント節約できます。」

ディーパック・アティヤムとアレックス・フィンチもパデュー大学で大学院の研究を続けており、そこで市場をより深く理解し、ロケット工学の理論的知識を向上させ、さらなる研究を行い、ネットワークを拡大しています。フィンチ氏とアティヤム氏によれば、彼らは中小企業革新研究プログラムと中小企業技術移転プログラムについてNASAに2つの提案書を提出しており、NASAからフェーズIの助成金を受け取る予定だという。

出典: 3Dサイエンスバレー

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