A natureza volátil dos motores de foguetes espaciais significa que muitos dos primeiros protótipos acabam acabam em uma cratera na terra ou decorando as copas de quaisquer árvores que são infelizes o suficiente para os locais de teste vizinhos. Explosões não intencionais são de fato tão comuns que os cientistas de foguetes criaram um eufemismo para quando isso acontece: desmontagem rápida não programada, ou RUD, para abreviar.
Cada vez que um motor de foguete explode, a fonte da falha precisa ser encontrada para que possa ser consertada. Um motor novo e aprimorado é então projetado, fabricado, enviado para o local de teste e acionado, e o ciclo começa novamente – até que a única desmontagem em curso seja do tipo lento e programado. Aperfeiçoar motores de foguetes dessa forma é uma das principais fontes de atrasos no desenvolvimento do que é uma indústria espacial em rápida expansão.
Hoje, a tecnologia de impressão 3D, usando ligas metálicas resistentes ao calor, está revolucionando o desenvolvimento de foguetes de tentativa e erro. Estruturas inteiras que antes exigiam centenas de componentes distintos agora podem ser impressas em questão de dias. Isso significa que você pode esperar ver muito mais foguetes explodindo em pedaços minúsculos nos próximos anos, mas as partes das quais eles são realmente feitos devem se tornar maiores e menores à medida que a corrida espacial do setor privado se intensifica.
Os motores de foguete geram energia equivalente à detonação de uma tonelada de TNT a cada segundo, direcionando essa energia para um escapamento que atinge temperaturas bem acima de 3.000 ?. Os motores que conseguem isso sem se desmontar rapidamente de uma forma não programada levam pelo menos três anos para serem projetados do zero, a maioria dos quais é ocupada pelo processo cíclico de reprojetar, reconstruir, refazer e repetir.
Isso porque os motores de foguetes são incrivelmente complexos. Os motores F-1 do Saturn V que lançaram Neil Armstrong em direção à Lua em 1969 tinham cada um 5.600 peças fabricadas. Muitos deles eram provenientes de diferentes fornecedores e tinham que ser soldados individualmente ou aparafusados manualmente, o que levava tempo.
Esse processo demorado e caro poderia ter funcionado na década de 1960, com o governo dos Estados Unidos canalizando dinheiro para a Nasa para alimentar a corrida espacial, mas para as empresas privadas simplesmente leva muito tempo.
Adicione combustível de foguete
A chave para o desenvolvimento rápido do motor é reduzir o número de peças, o que reduz o tempo necessário para montar o motor e a interrupção causada por atrasos na cadeia de abastecimento. A maneira mais fácil de fazer isso é alterar os processos de fabricação. As empresas espaciais agora estão se afastando dos processos de manufatura subtrativos – que removem o material para dar forma a uma peça – para os processos de manufatura aditivos que constroem uma peça adicionando material a ela pouco a pouco.
Isso significa impressão 3D. Cada vez mais, os engenheiros estão favorecendo um processo chamado sinterização seletiva a laser para imprimir peças de motor de foguete em um processo aditivo. Ele funciona primeiro estabelecendo uma camada de pó metálico, antes de fundir as formas no pó com lasers. O metal se liga onde é derretido e permanece como pó onde não está. Depois que a forma esfria, outra camada de pó é adicionada e a parte é construída camada por camada. Para motores de foguete, um pó de superliga de cobre Inconel é usado, porque ele pode suportar temperaturas muito altas.
A sinterização seletiva a laser permite que vários componentes sejam impressos internamente, como uma peça unificada, em questão de dias. Quando ocorre um RUD e a falha é encontrada, os engenheiros podem criar uma correção usando software de modelagem 3D, integrando peças altamente complexas em novos motores de foguete para teste de disparo alguns dias depois.
O uso da impressão 3D também ajuda os fabricantes a reduzir o peso do foguete completo, pois menos porcas, parafusos e soldas são necessários para produzir sua estrutura complexa. A impressão 3D é especialmente útil na fabricação de um bico de refrigeração regenerativa complexo de um motor, que direciona o combustível frio ao redor do motor quente para simultaneamente resfriar as paredes do motor e pré-aquecer o combustível frio antes da combustão.
This single-piece rocket thrust chamber on display in Hall 2C Booth C354 at the #ParisAirShow creates a reduced assembly component with integrated internal ducts and latticed cooling channels. https://t.co/x7JddUk4yl pic.twitter.com/Q1WnErNs07
? SLM Solutions (@SLMSolutions_NA) June 19, 2019
Um redesenho dos motores Apollo F-1 usando impressão 3D reduziu o número de peças de 5.600 para apenas 40. Nenhuma empresa ainda reduziu esse número para um, mas é inegável que a impressão 3D trouxe uma nova era de rapidez, desenvolvimento de motor de foguete responsivo.
Negócios viáveis
Isso é importante para empresas espaciais privadas. Construir um foguete não é barato. Os investidores podem ficar inseguros à medida que a pilha de sucata RUD começa a se acumular. As empresas que disputam o lançamento de cargas úteis para o espaço sofrem um golpe de relações públicas sempre que são forçadas a adiar seus cronogramas de lançamento por causa de foguetes defeituosos.
Praticamente todas as novas empresas de foguetes e startups espaciais estão adotando a tecnologia de impressão de metal 3D. Ele acelera sua fase de desenvolvimento, ajudando-os a sobreviver aos anos cruciais antes de conseguirem colocar qualquer coisa no espaço. Destacam-se o Rocket Lab, que usa seu mecanismo impresso em 3D para lançar foguetes da Nova Zelândia, e o Relativity Space, que está imprimindo em 3D todo o foguete. No Reino Unido, há Skyrora e Orbex. Este último pretende lançar um foguete usando um motor impresso em 3D já em 2022.
Resta saber se um foguete inteiro, incluindo seu motor, pode ser impresso em 3D de uma só vez. Mas essa é claramente a direção da viagem para um setor no qual a fabricação interna leve e complexa definirá quais cargas úteis entrarão em órbita – e quais acabarão se desintegrando rapidamente em um momento inoportuno.
Publicado em 21/09/2021 10h11
Artigo original:
Estudo original: