Les efforts renouvelés de la NASA pour ramener les humains sur la lune d’ici 2024 ont conduit à des avancées dans les nouvelles technologies spatiales pour améliorer les processus et réduire les coûts et le temps de développement. Début décembre 2020, nous avons appris que les ingénieurs du Marshall Space Flight Center de l’agence spatiale américaine à Huntsville, en Alabama, ont testé avec succès, à l’aide d’un feu chaud, des composants imprimés en 3D pour les moteurs de fusée. La chambre de combustion et la tuyère en alliage de cuivre étaient faites d’un alliage à haute résistance, résistant à l’hydrogène, et pouvaient supporter les mêmes environnements de combustion extrêmes que ceux que connaissent en vol les structures métalliques fabriquées traditionnellement. Cette étape importante pourrait ouvrir la voie aux pièces imprimées en 3D à bord des nouvelles fusées.
“Cette technologie d’impression 3D change la donne lorsqu’il s’agit de réduire le temps et le coût total de fabrication du matériel”, a déclaré Thomas Teasley, ingénieur d’essai au Marshall Center de la NASA. “Ces tests à chaud sont une étape critique dans la préparation de ce matériel pour son utilisation dans les futures missions sur la Lune et sur Mars”.
Teasley a travaillé avec une équipe d’ingénieurs de test Marshall pour prouver la qualité de ces pièces imprimées en 3D. Pour ce faire, ils ont effectué 23 tests à chaud d’une durée totale de 280 secondes sur 10 jours de test. Tout au long des tests, les ingénieurs ont recueilli des données, notamment des mesures de pression et de température dans les canaux de refroidissement du matériel et dans la chambre principale, ainsi que des vidéos à haute vitesse et haute résolution du panache d’échappement et de la gorge de la chambre. L’équipe a également calculé les performances de la chambre et l’efficacité globale du moteur à utiliser le propergol.
Le dépôt d’énergie dirigé par poudre soufflée peut produire de grandes structures – telles que ces tuyères de moteur – moins chères et plus rapides que les techniques de fabrication traditionnelles. Image avec l’aimable autorisation de la NASA
La tuyère en superalliage fer-nickel à haute résistance a été imprimée par dépôt d’énergie dirigé par poudre laser (DED), une des méthodes de fabrication avancées de la NASA qui améliorera les performances et réduira les coûts de production des assemblages de chambres de poussée de fusée, et a fait l’objet d’une démonstration dans le cadre du projet RAMPT (Rapid and Analysis Manufacturing Propulsion Technology) de la NASA. La NASA développe actuellement des pièces de moteur de fusée à liquide plus légères et plus efficaces pour les futures missions vers la Lune, Mars et au-delà. En outre, pour réduire le nombre de pièces de moteurs-fusées très complexes et coûteuses, RAMPT est devenu crucial pour remplacer certaines pièces métalliques traditionnelles de la chambre de poussée par des matériaux composites, en utilisant des méthodes d’impression 3D avancées pour créer la chambre de combustion et la tuyère, et en employant des méthodes mécaniques innovantes pour fusionner les deux au lieu de s’appuyer sur les joints métalliques traditionnels.
Dans une déclaration, la NASA a laissé entendre que les futurs alunisseurs pourraient être équipés de pièces de moteurs-fusées imprimées en 3D pour aider à réduire les coûts globaux de fabrication et le temps de production. En fait, ces 23 essais à chaud faisaient partie du projet LLAMA (Long-Life Additive Manufacturing Assembly) de la NASA, qui vise à permettre l’utilisation de ces pièces imprimées en 3D – ainsi que d’autres matériels fabriqués avec des additifs – sur les futurs atterrisseurs lunaires. L’équipe Marshall dirige le projet LLAMA dans le cadre du programme de la NASA “Game Changing Development”, qui fait partie de la Direction des missions de technologie spatiale de l’agence, et doit effectuer des tests supplémentaires à chaud pour démontrer et valider la durabilité des composants du moteur.
“Ces pièces de fusée imprimées en 3D sont bonnes pour le long terme”, a déclaré la NASA dans un post sur Twitter annonçant les 23 tests de tir à chaud, mais ce ne sont pas les seules pièces imprimées en 3D testées par l’agence spatiale américaine. Au début de l’année 2018, la NASA a fait œuvre de pionnier dans le monde de la fabrication d’additifs. Grâce à son projet de propulsion de classe supérieure à faible coût, l’agence a testé avec succès une chambre de combustion à Marshall, qui a été fabriquée en utilisant une combinaison de techniques d’impression 3D. Avant cela, l’agence avait imprimé en 3D avec succès le premier revêtement de chambre de combustion en cuivre à l’échelle réelle en 2015, également à Marshall, en utilisant un alliage de cuivre en poudre créé par des spécialistes des matériaux au Glenn Research Center de Cleveland, dans l’Ohio.
illustration des astronautes d’Artemis sur la Lune. Image avec l’aimable autorisation de la NASA
Il faudra beaucoup d’efforts de collaboration pour faire avancer les dernières étapes nécessaires à l’atterrissage des astronautes sur la Lune d’ici 2024. En plus de tester ses propres pièces de fusée imprimées en 3D à Marshall, la NASA a également sélectionné trois entreprises américaines pour concevoir et développer les systèmes d’atterrissage humain (HLS) pour le programme Artemis de l’agence, dont l’un permettra de faire atterrir la première femme et le prochain homme sur la surface lunaire. Selon l’administrateur de la NASA, Jim Bridenstine, ces entreprises sont sur la bonne voie pour une exploration humaine durable de la Lune pour la première fois de l’histoire et ont des partenaires commerciaux et internationaux avec lesquels travailler. De plus, les opérations lunaires de la NASA fourniront à l’agence l’expérience et les connaissances nécessaires pour permettre une mission humaine historique vers Mars.
Les ingénieurs du Marshall Center de la NASA utilisent la fabrication d’additifs depuis son apparition dans les années 1990. Aujourd’hui, le centre dispose d’imprimantes 3D de pointe et d’une expertise unique pour exploiter les nouveaux outils numériques et les appliquer à la conception de systèmes de propulsion et, à l’avenir, à la fabrication dans l’espace. Marshall aide même à développer les normes et les qualifications “de l’art à la pièce” pour tester de nouveaux procédés de fabrication avancés et des pièces imprimées en 3D. Alors que la NASA se rapproche de l’établissement d’une base lunaire, les ingénieurs de Marshall aident l’agence à définir de nouvelles frontières dans les vols spatiaux habités, en développant les bases d’une technologie de fabrication avancée qui pourrait devenir la pierre angulaire de l’avenir de l’exploration extraterrestre.
Le post “NASA Successfully Tests 3D Printed Rocket Engine Parts” est d’abord apparu sur 3DPrint.com | The Voice of 3D Printing / Additive Manufacturing.
