ランチャーとNASAがテストのマイルストーンを達成、ロケットエンジン製造におけるVELO3Dとの提携を拡大

アメリカの民間航空宇宙企業ランチャーは、NASAのステニス宇宙センターで3DプリントしたE-2ロケットエンジンのテストにおいて新たなマイルストーンを達成した。ランチャー社は、今年初めにステニスでE-2ロケットエンジンの一連の試験に成功したのに続き、8月に推力室アセンブリの高温燃焼試験を無事完了した。打ち上げ会社は、3DプリンターOEM Velo3Dからチタンの印刷が可能な2台目のSapphire 3D印刷システムも購入しており、これを使用してエンジン用の軌道船圧力容器の印刷を開始する予定である。
「ステニスの世界クラスのチームと施設と協力する機会を得たことで、E-2 の開発において重要なマイルストーンを達成することができました」と、打ち上げ会社のチーフエンジニアであるアンドレイヴァンコビッチ氏は述べています。「ステニスチームは当社のテストニーズを満たすために懸命に取り組んでくれました。また、この施設は大量の高圧ガスと推進剤、およびデータ収集システムを提供することができます。これらの機能は、商業テナントとしての最初の 1 年間で複数のテストキャンペーンを可能にする上で非常に重要でした。」
△NASAのステニス宇宙センターのEテストビルで、ランチャーは3Dプリントされたエンジン2ロケットエンジンの高温燃焼テストを実施した。写真提供：Launcher/John Kraus Photography
3Dプリント技術でロケットエンジンを最適化
Launcher は、小型衛星を宇宙に打ち上げることができる効率的でコスト最適化されたロケットを開発することを目標に 2017 年に設立されました。同社は2019年に宇宙軍から150万ドルの契約を獲得した後、E-2エンジンの性能を向上させるために3Dプリント部品の開発を開始した。
E-2 エンジンは、RP-1 (高度に精製された灯油) と液体酸素を推進剤として使用し、海面で 22,000 ポンドの推力を生み出すように設計されています。このエンジンは同社の「軽量ロケット」に動力を供給するもので、2024年に初めて打ち上げられる際には最大330ポンドのペイロードを低地球軌道（LEO）に運ぶことができるようになる。
これまでに印刷された部品の中には、高さ860mmでこの種の部品としては最大と言われているロケット燃焼室があり、一体型で3Dプリントされた。打ち上げ会社によれば、このチャンバーは小型衛星打ち上げ機クラスで最大の推力を生み出し、推進剤の消費量を最小限に抑え、推力1ポンド当たりのコストが最も低くなるという。
Launch の E-2 エンジンは高性能銅合金から 3D プリントされており、軌道に到達するために必要な推進剤が少なくなるように設計されている。同社は、これによりロケット1基当たりの衛星貨物の搭載量を増やし、競合他社よりも低価格で提供できるようになると期待している。
△ランチャーのAMCM-3Dプリント燃焼室。写真提供：AMCM
スタニスとのテスト<br /> ステニス宇宙センターは、特殊なインフラストラクチャ、極低温推進剤、高圧ガス施設、および研究室を備えた、国内有数のロケット推進試験施設です。このセンターは、商業顧客、政府パートナー、学術機関に高度なデータ収集テクノロジーも提供しています。
ランチャー社は、実物大のロケットエンジンと部品のテストに関する専門知識と柔軟性を理由に、ステニスで3Dプリントロケットエンジンをテストすることに決めました。
ローンチカンパニーの創設者兼 CEO であるマックスハオト氏は、次のように述べています。「自社のテストサイトで 1,000 ポンド推力の液体ロケットエンジンテストから 22,000 ポンド推力のエンジンに規模を拡大するにあたり、驚くほど低コストで素晴らしい設備を利用できる NASA ステニスと提携しました。当初は、政府機関が当社の起業家精神あふれるスピードと仕事の能力を信頼してくれるかどうか疑問でした。それ以来、NASA チームとの連携がいかに素晴らしく簡単であるかに驚かされ、ステニス E コンプレックスをロケットエンジンテストの聖地と呼んでいます。」
8月下旬、打ち上げ会社はステニスでロケットエンジンの推力室アセンブリの5秒間の高温燃焼試験を成功裏に完了した。これは同施設での一連の試験成果の最新のものとなる。同社は2020年10月に、E-2エンジンのインジェクターと燃焼室の初の本格的な試験発射を実施し、続いてVelo3Dと提携して3Dプリントした液体酸素（LOX）ターボポンプの一連のテストを実施した。
今後数週間で、打ち上げ会社は推力室アセンブリのより広範囲なテストを実施する予定だ。同社は来年半ばまでに、3Dプリントターボポンプを統合したE-2エンジンの本格的な持続テストを実施する予定だ。
「政府と協力するのは費用がかかると誤解されることがあります」と、ランチャーのテストパートナーシップを監督するNASAのシニアプロジェクトエンジニア、デビッド・スキップ・ロバーツ氏は語る。「しかし、ステニスでテストすることを選択することで、ランチャーのような商業テナントはテストリスクを軽減し、開発プロセスを加速し、コスト削減を実現できます。ランチャーがステニスに来ることを決めた主な理由の1つは、必要な推進剤とガスを提供できる当社のテストインフラストラクチャと高圧ガス施設の能力でした。」
△ランチャーの3Dプリントターボポンプアセンブリ。ランチャーからの写真。
Velo3D とのパートナーシップの拡大<br /> 今年 5 月、この打ち上げ会社は初めて Velo3D と協力し、E-2 ロケットエンジン内のパフォーマンスに不可欠な従来の LOX ターボポンプコンポーネントの設計を最適化しました。ターボポンプの主要コンポーネントは、インコネルで印刷されたポンプ出口ハウジングとアルミニウムで印刷された LOX ポンプ入口ハウジングを含め、Velo3D Sapphire 3D 印刷システムを使用して 3D 印刷されました。
ターボポンプの性能は、4月にステニスで行われた一連のテストで評価されました。テストには、合計7回のテストで合計211.2秒間続いた液体窒素冷間流動テストと、合計8回のテストで合計162.6秒間続いた液体酸素冷間流動テストが含まれていました。
テストが成功した後、Launcher はチタンを印刷できる 2 台目の Sapphire 金属 AM システムを購入し、Velo3D との連携を拡大しています。両社は協力して、発射台用のE-2エンジンの燃料ポンプとタービンケーシング部分を3Dプリントし、2台目のサファイアマシンを使用してエンジンの軌道圧力容器を3Dプリントします。
Haot 氏は次のように付け加えました。「Velo3D は、3D プリントされた回転インペラを含む当社のターボポンプを本当に実現してくれました。最初のプロトタイプを初めて使用したとき、すべてが 30,000 rpm で完璧に動作しました。ロケットエンジンのターボポンプ部品には通常、鋳造、鍛造、溶接が必要です。これらのプロセスに必要なツールは開発コストを増加させ、設計反復間の柔軟性を低下させます。velo3D の技術により、回転するインコネルシュラウドインペラを含むターボポンプを 3D プリントできるため、低コストで、各プロトタイプ間の反復を通じてイノベーションを促進できるようになりました。」
△ランチャーの軌道船推進剤タンクは、初の Velo3D Sapphire プリンターを使用してインコネルから印刷されました。写真提供：Velo3D。

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