Ha valaki megnézni az alábbi demóvideót, könnyen támadhat olyan benyomása, hogy egy robotot lát korongozni. Ez pedig manapság – valljuk be –, nem nagy truváj, hiszen az ipari robotok elképesztő finomságú mozgásokra képesek. A gyorsított felvétel azonban egészen mást mutat: a valóságban óriási 3D-s nyomtató (állítólag ez a világon a legnagyobb) éppen egy rakétaelemet épít. A módszer példaszerűen mutatja meg, mi az előnye az additív gyártásnak. Kis szériás termékeket lehet előállítani olcsón, nagyon rövid iterációs ciklussal.

A Los Angeles-i székhelyű Relativity Space olyan hordozórakétákat fejleszt és épít, melyek a cég szerint akár egy Mars-expedíciónál is használhatók lennének. Például olyan hajtóanyagot használnak, amely akár a vörös bolygón is előállítható lenne (elméletben és a mai, egyelőre meglehetősen korlátozott tudásunk szerint).
 

Az első lépés azonban ennél szerényebb: a tervek szerint 2021-re állna össze olyan szintre a Relativity Space rakétagyártási technológiája, hogy éles küldetésekben is használható legyen. Már be is jelentkezett hozzájuk négy cég, melyek 2021-re terveznek alacsony Föld körüli pályára juttatni műholdakat.

Mindössze 60 nap kell egy rakétához

A Los Angeles-i cég szerint a speciális feladathoz épített 3Ds- nyomtatóval mindössze 60 nap kell egy rakéta legyártásához, és mivel a rakétahajtóműveik a hagyományos hajtóműveknél lényegesen kevesebb alkatrészt tartalmaznak, megbízhatóbbak is lesznek. A Terran 1-nek nevezett rakétához tervezett hajtómű, amit Aeonnak neveztek el, összesen 100 komponensből, míg egy hagyományos hajtómű 2700-ból áll össze. Egy hagyományos űrrakétát – beleértve a hasznos terhet szállító részt – összesen kb. 60 ezer önálló alkatrészből állítanak össze, ezzel szemben egy Terran-1 mindösszesen 730 alkatrészből áll.

És épp ez az, amivel reményeik szerint sikerül óriási költségmegtakarítást elérni. Mint vezető mérnökük, Bryce Salmi írja az IEEE Spectrum oldalán, a rakéta nem a felhasznált nyersanyagok miatt drága, hanem az emberi munkaigénye miatt. Emberek alakítják az alapanyagokat alkatrészekké, és ők ellenőrzik, hogy azok repülés közben is működnek-e. Szerint az olyan startupok, mint Blue Origin, a SpaceX vagy a Virgin Orbit, sok mindent optimalizáltak ugyan, de továbbra is sok alkatrészből rakják össze az űrrakétáikat, az automatizált gyártási folyamatokban pedig drága egyedi szerszámokat használnak.

A Relativity Space kétfelől is tudott faragni a munkaerőköltségeken: amellett, hogy radikálisan csökkentette az alkatrészek számát, a gyártási folyamatot is máshogy közelítette meg. A 3D-s nyomtatás előnye ugyanis az, hogy egy lépésben állít elő az alapanyagból egy olyan komplex alkatrészt, amit hagyományos úton sok, külön legyártott apróbb részegységből kell utólag összeállítani. Utóbbi növeli a hibalehetőségeket, és lassítja a gyártási folyamatot is. Hiszen egy részegység módosítása után gyakran az összes többi elemet is módosítani kell. A 3D-s nyomtatásnál viszont az iteráció is sokkal gyorsabb – a cég honlapja szerint az iparágban átlagosan 180 nap az iterációs idő, míg náluk mindössze 15 nap.

Kellett egy új nyomtatási technológia

A cégnek szüksége volt egy új nyomtatási technológiára is. Magának a hajtóműnek a gyártására alkalmas a hagyományos, ipari környezetben már bevált ún. fém lézeres szinterezési, szaknyelven DMLS (Direct Metal Laser Sintering) eljárással dolgozó fémnyomtató, amely speciális fémporral dolgozik.
 

A rakétatestekhez – lényegében cső alakú tartályok, melyeket feltöltenek hajtóanyaggal – azonban ki kellett dolgozni egy új eljárást. A cég stílszerűen Stargate-nek, azaz Csillagkapunak nevezett óriási nyomtatója egy speciális fémötvözetből készült huzalt használ, a nyomtató robotkarja ezt viszi a nyomtatandó területre, ahol egy nagy teljesítményű lézer megolvasztja, és így építi fel rétegről rétegre a tartályt. Ez gazdaságosabb anyagfelhasználást eredményez, mint a DMLS, mert sokkal pontosabban tudja adagolni a nyomtatási alapanyagot.

A nyomtatónak három hatalmas robotkarja van, egy a nyomtatófejet mozgatja, kettő pedig tartja a nyomtatott alkatrészt. A Stargate-hez írtak egy saját "pályatervező" szoftvert is, amely a tervrajzi információkat egy lépésben alakítja át a nyomtatófejet mozgató utasításokká.

A robotkarra a méret miatt volt szükség, ám a karok kinematikája korlátozza is a nyomatok lehetséges geometriáját. Ez azonban jelen esetben nem jelent különösebb korlátot, hiszen lényegében viszonylag egyszerű hengeres formákat kell előállítani szinte bármilyen méretben.

Már megvannak az engedélyek

A cég már januárban megkapta a szükséges engedélyeket, hogy felépítse a Cape Canaveral-i űrközpontnál a Terran-1 kilövőállásását. Emellett megállapodtak a NASA-val, hogy annak New Orleans közelében található Stennis Űrközpontjában felépítenek egy rakétagyártó üzemet, ahol évente két tucat hordozórakétát fognak építeni. Ha a terv megvalósul, és a Relativity Space képes lesz a hordozórakéták olcsó előállítására, az valóban forradalmasíthatja az űrkutatást.

A Terran-1 maximum 1250 kg hasznos terhet vihet. Ezt azonban csak 185 km magasságba, azaz alacsony Föld körüli pályára (LEO –  Low Earth Orbit) tudja felvinni, 1200 km magasba 700 kg terhet vihet.