La buse de fusée innovante de la NASA ouvre la voie aux missions dans l’espace lointain – NASA
Par Ray Osorio
La NASA a récemment construit et testé une tuyère de moteur de fusée fabriquée de manière additive ou imprimée en 3D en aluminium, la rendant plus légère que les tuyères conventionnelles et ouvrant la voie à des vols dans l’espace lointain pouvant transporter plus de charges utiles.
Dans le cadre de l’annonce d’une opportunité de collaboration de l’agence, des ingénieurs du Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville, en Alabama, se sont associés à Elementum 3D, à Erie, au Colorado, pour créer un type d’aluminium soudable suffisamment résistant à la chaleur pour être utilisé sur les moteurs de fusée. Comparé à d’autres métaux, l’aluminium a une densité inférieure et permet de fabriquer des composants légers et à haute résistance.
Cependant, en raison de sa faible tolérance à la chaleur extrême et de sa tendance à se fissurer lors du soudage, l’aluminium n’est jusqu’à présent généralement pas utilisé pour la fabrication additive de pièces de moteurs de fusée.
Découvrez le dernier développement de la NASA dans le cadre du projet Reactive Additive Manufacturing for the Fourth Industrial Revolution, ou RAMFIRE. Financé par la Direction des missions de technologie spatiale (STMD) de la NASA, RAMFIRE se concentre sur l’avancement des tuyères de fusée en aluminium légères et fabriquées de manière additive. Les buses sont conçues avec de petits canaux internes qui maintiennent la buse suffisamment froide pour éviter qu’elle ne fonde.
Avec les méthodes de fabrication conventionnelles, une buse peut nécessiter jusqu’à un millier de pièces assemblées individuellement. La buse RAMFIRE est construite en une seule pièce, nécessitant beaucoup moins de liaisons et un temps de fabrication considérablement réduit.
La NASA et Elementum 3D ont d’abord développé la nouvelle variante en aluminium connue sous le nom d’A6061-RAM2 pour construire la buse et modifier la poudre utilisée avec la technologie de dépôt d’énergie dirigée par poudre laser (LP-DED). Un autre partenaire commercial, RPM Innovations (RPMI) de Rapid City, dans le Dakota du Sud, a utilisé l’aluminium nouvellement inventé et la poudre spécialisée pour fabriquer les buses RAMFIRE à l’aide de leur procédé LP-DED.
Les partenariats industriels avec des fournisseurs de fabrication spécialisés contribuent à faire progresser la base d’approvisionnement et à rendre la fabrication additive plus accessible pour les missions de la NASA et l’industrie commerciale et aérospatiale au sens large, a déclaré Paul Gradl, chercheur principal de RAMFIRE à NASA Marshall.
Paul Gradl
Chercheur principal RAMFIRE
Les objectifs de la NASA Lune vers Mars nécessitent la capacité d’envoyer davantage de marchandises vers des destinations dans l’espace lointain. Le nouvel alliage pourrait jouer un rôle déterminant à cet égard en permettant la fabrication de composants de fusée légers capables de résister à des charges structurelles élevées.
La masse est essentielle pour les futures missions de la NASA dans l’espace lointain, a déclaré John Vickers, technologue principal pour la fabrication avancée STMD. Des projets tels que cette fabrication additive mature ainsi que des matériaux avancés contribueront à faire évoluer de nouveaux systèmes de propulsion, la fabrication dans l’espace et les infrastructures nécessaires aux missions ambitieuses de la NASA sur la Lune, sur Mars et au-delà.
Plus tôt cet été, dans la zone d’essai de Marshalls East, deux buses RAMFIRE ont effectué plusieurs tests à feu chaud utilisant de l’oxygène liquide et de l’hydrogène liquide, ainsi que des configurations de carburant à base d’oxygène liquide et de méthane liquide. Avec des chambres de pression supérieures à 825 livres par pouce carré (psi), soit plus que les pressions de test prévues, les buses ont réussi à accumuler 22 démarrages et 579 secondes, soit près de 10 minutes, de temps de fonctionnement. Cet événement démontre que les buses peuvent fonctionner dans les environnements spatiaux lointains les plus exigeants.
Cette série de tests marque une étape importante pour la buse, a déclaré Gradl. Après avoir soumis la tuyère à une série exigeante de tests à feu chaud, nous avons démontré que la tuyère peut survivre aux charges thermiques, structurelles et de pression d’un moteur à l’échelle d’un atterrisseur lunaire.
En plus de construire et de tester avec succès les tuyères des moteurs-fusées, le projet RAMFIRE a utilisé le matériau en aluminium RAMFIRE et le processus de fabrication additive pour construire d’autres grands composants avancés à des fins de démonstration. Ceux-ci comprennent une buse aérospike de 36 pouces de diamètre avec des canaux de liquide de refroidissement intégrés complexes et un réservoir à enveloppe sous vide pour les applications de fluides cryogéniques.
La NASA et les partenaires industriels s’efforcent de partager les données et les processus avec les parties prenantes commerciales et universitaires. Diverses entreprises aérospatiales évaluent le nouvel alliage et le processus de fabrication additive LP-DED et recherchent des moyens de l’utiliser pour fabriquer des composants pour satellites et d’autres applications.
Ramon J. Osorio
Centre de vol spatial Marshall, Huntsville, Alabama
256-544-0034
ramon.j.osorio@nasa.gov