NASA startet Rakete, die vollständig aus 3D-gedruckten Teilen besteht

Rob Spiegel | 15. Mai 2023

Die NASA setzt ihre Entwicklung 3D-gedruckter Weltraumteile mit einer Rakete fort, die aus einer neuen Kupferlegierung gebaut wurde. Der kürzlich eingeführte Terran 1 wurde vollständig aus 3D-gedruckten Teilen erstellt. Die Rakete ist 100 Fuß hoch und 7,5 Fuß breit. Die NASA arbeitet mit 3D-Drucktechnologie, um die Kosten niedrig zu halten und das Fahrzeuggewicht zu reduzieren. Terran 1 umfasst neun additiv gefertigte Motoren aus einer Kupferlegierung, die Temperaturen von bis zu 6.000 Grad Fahrenheit standhalten können.

Eine additiv gefertigte Brennkammer wird mitten im Prozess gezeigt.

Die Rakete wurde im Glenn Research Center der NASA in Cleveland im Rahmen einer Initiative hergestellt, die eigentlich Game Changing Development (GCD) heißt. Das Programm wurde ins Leben gerufen, um Weltraumtechnologien für zukünftige Weltraummissionen zu entwickeln und Lösungen für bedeutende nationale Bedürfnisse bereitzustellen. GCD arbeitet mit Forschungs- und Entwicklungsteams an vielversprechenden Ideen durch analytische Modellierung, Tests und Raumfahrtdemonstration von Nutzlasten und Experimenten.

Um die Leistung bei hohen Temperaturen zu verbessern, hat GCD ein Material aus kupferbasierten Legierungen namens Glenn Research Copper oder GRCop entwickelt. Das Material wurde für Brennkammern in Hochleistungsraketentriebwerken entwickelt. Die Legierung ist eine Kombination aus Kupfer, Chrom und Niob. GRCop wurde für hohe Festigkeit, hohe Wärmeleitfähigkeit und hohe Kriechfestigkeit entwickelt, was eine höhere Beanspruchung und Belastung bei Hochtemperaturanwendungen ermöglicht. GRCop bietet außerdem eine gute Ermüdung bei niedrigen Zyklen, wodurch Materialversagen bei Bedingungen über 900 Grad Fahrenheit verhindert wird. Das sind 40 % mehr als bei herkömmlichen Kupferlegierungen.

Die NASA-Materialingenieure Dave Ellis und Chris Protz inspizieren die erste additiv gefertigte GRCop-Brennkammer.

David Ellis entwickelte die GRCop-Legierungsfamilie als von der NASA unterstützter Doktorand während der Space-Shuttle-Ära. Im Laufe seiner Karriere beschäftigte er sich weiterhin mit den Legierungen und ihren Anwendungen, wobei der Schwerpunkt auf der Haltbarkeit des Materials lag. „Damals wurden die Brennkammerauskleidungen der Haupttriebwerke des Space Shuttles typischerweise nach ein bis fünf Missionen ausgetauscht“, erklärte Ellis in einer Erklärung. „Unsere Forschung konnte zeigen, dass GRCop-84 das Ziel von 100 Missionen zwischen Wartungsdienst und 500 Missionen der Triebwerkslebensdauer problemlos erreichen würde.“

Ellis‘ Team arbeitete an mehreren Projekten und Programmen – darunter der Rapid Analysis and Manufacturing Propulsion Technology (RAMPT) der NASA – und verwendete verschiedene Versionen von GRCop-Legierungen. Die jüngste Version mit dem Namen GRCop-42 nutzt additive Fertigungsmethoden, um einteilige und aus mehreren Materialien bestehende Brennkammern und Schubkammerbaugruppen für Raketentriebwerke herzustellen. Das Ergebnis waren Schubkammerkomponenten mit verbesserter Leistung, geringerem Gewicht und geringeren Kosten.

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