Kevin Zagorski di Virgin Orbit: “AM è il futuro di come saranno progettati e costruiti i razzi”
Un razzo lanciato dalla Terra deve raggiungere una velocità di almeno 7,9 chilometri al secondo per raggiungere lo spazio. È 20 volte la velocità del suono e sei volte più veloce della velocità di un aereo spia Blackbird, l’aereo più veloce del suo genere. Ma i razzi non riguardano solo la velocità, devono resistere a forze forti durante il lancio, essere il più leggeri possibile e sopravvivere al viaggio in un unico pezzo. Le caratteristiche di un razzo sono piuttosto complesse e richiedono il funzionamento di migliaia di parti, motivo per cui le società private che sono sorte nell’ultimo decennio si sono rivolte a nuove tecnologie per realizzarle. Uno di questi è Virgin Orbit , uno spin-off della Virgin Galactic di Richard Branson, che sta creando missili per lanci satellitari nello spazio usando la tecnologia di stampa 3D. Branson, un avventuriero, filantropo e imprenditore britannico, è diventato il capo creativo di uno dei più grandi conglomerati aerospaziali del mondo e un fedele sostenitore della produzione additiva.
Virgin Orbit è molto vicino al tentativo di lanciare il suo primo razzo . Dopo un intenso anno di test della tecnologia, i suoi sistemi sono attualmente in una fase avanzata, lo scorso luglio hanno completato con successo un test di caduta chiave del suo veicolo LauncherOne, l’ultimo importante passo nel programma di sviluppo del nuovo servizio di lancio dell’azienda. I razzi per i satelliti commerciali e costruiti dal governo sono progettati e fabbricati a Long Beach, in California, utilizzando parti stampate in 3D e saranno lanciati in aereo da un aereo da trasporto 747-400 modificato in grado di operare da molte località in tutto il mondo al fine di soddisfare le esigenze di ogni cliente (o meglio rispondere alle condizioni meteorologiche). 3DPrint.com ha parlato con Kevin Zagorski, Propulsion Advanced Manufacturing Manager per il programma LauncherOne di Virgin Orbit, per capire come questa tecnologia possa avere un impatto trasformativo nel settore aerospaziale e promuovere Virgin Orbit in un’economia spaziale globale in rapida crescita.
“Esistono diversi sottocomponenti di motori a razzo che sono stati realizzati in modo molto specifico per anni, dopo quello della NASAguida, in particolare dopo che l’agenzia ha investito molto nella progettazione e costruzione di motori a razzo per il programma Apollo. Prima dell’ultimo decennio, era difficile progettare e costruire da zero un motore a razzo con i processi di produzione tradizionali e non c’erano quasi incentivi per provare cose nuove. Ma ora che AM diventa più disponibile, possiamo usare molte di queste tecnologie per stampare parti importanti del sindaco dove c’è un grande vantaggio in termini di costi e tempi di consegna, come turbomacchine e camere di combustione, ma la tecnologia scende fino ad alcune delle parti minime richieste, come staffe. Essere in grado di radere qualche chilogrammo qua e là, significa che puoi portare in orbita satelliti più pesanti “, ha detto Zagorski.
Razzi in produzione presso la struttura di Long Beach (Image credit: Virgin Orbit)
Il team Propulsion Advanced Manufacturing è incaricato di progettare, costruire, testare e qualificare i motori a razzo per il razzo e identificano anche le parti del razzo che possono essere realizzate utilizzando la produzione additiva anziché i metodi tradizionali. Zagorski sa che AM consente agli ingegneri di Virgin Orbit di creare parti più rapidamente, in modo più economico con prestazioni più elevate. Nei sette anni in cui è stato con la compagnia aerospaziale, ha visto il team di ingegneri responsabile del piccolo veicolo di lancio passare da dieci dipendenti a 600.
Il percorso che alla fine ha portato a LauncherOne è iniziato con una semplice osservazione: in particolare per i piccoli satelliti, i lanci sono stati troppo costosi, troppo lunghi e inaccessibili. Era chiaro al marchio Virgin che l’industria aveva bisogno di un piccolo lanciatore satellitare dedicato veloce. Quindi, nel 2011, un piccolo gruppo di pensatori del team Advanced Concepts di Virgin Galactic ha iniziato a trovare una soluzione, che in seguito è diventata Virgin Orbit. Zagorski ha suggerito che “oggi i satelliti più piccoli sono in grado di fare scienza significativa, come il monitoraggio del tempo, grandi incendi e raccolti”, così Virgin ha notato che “c’era un movimento verso l’area del mercato dei satelliti più piccoli e volevamo dare loro un passaggio dedicato a orbita.”
Una serie di turbopompe LauncherOne (Immagine di credito: Virgin Orbit)
“AM è il futuro di come saranno progettati e costruiti i razzi. Una delle chiavi della tecnologia è la velocità con cui possiamo iterare le parti. Ad esempio, siamo ora in grado di stampare una parte della pompa turbo della camera di combustione del motore a razzo in un decimo del tempo. Quando proviamo a costruire un nuovo motore a razzo, possiamo correre più rischi e arrivare a un progetto finale molto più rapidamente. Inoltre, una volta che abbiamo il nostro progetto finale, ci sono molti vantaggi nelle fasi di produzione, in quanto siamo in grado di fabbricare i pezzi più velocemente e in modo più economico di prima. ”
Grazie a una partnership con DMG-Mori , Virgin Orbit ha un DMG-Mori Lasertec 4300, una macchina di produzione ibrida additiva-sottrattiva . La tecnologia aiuta a risparmiare mesi nei cicli di produzione, riducendo i tempi di produzione ed è in grado di stampare fino a 10 libbre l’ora e produce pezzi alti 1,5 metri e larghi un metro.
Secondo Zagorski, una parte del motore che impiega circa un anno per essere realizzata ora impiega un mese grazie a un processo molto simile a una saldatrice: soffia polvere di metallo dal lato direttamente sul bagno di saldatura e un raggio laser lo scioglie. La polvere e il laser sono controllati dalla robotica CNC a cinque assi, consentendo molte forme e dimensioni. Il team utilizza leghe di qualità aerospaziale per stampare, utilizzando nichel, rame e acciaio, ma sanno che ha la flessibilità di stampare qualunque materiale vi inseriscano. Ha affermato che “siamo in grado di far funzionare simultaneamente singole polveri e più polveri nella macchina e mescolarci senza soluzione di continuità tra materiali diversi, è una funzione interessante che molte aziende AM non hanno al momento.”
La DMG-Mori LT4300 è la loro principale macchina DED ibrida con una versione ancora più grande di quella macchina in arrivo nel 2020. E hanno anche una macchina DMG-Mori PBF e molte altre macchine polimeriche più piccole per la prototipazione rapida.
“I motori dei nostri primi missili avranno parti additive metalliche su di esso, e quindi ogni successivo aggiornamento sul razzo avrà parti additive ad esso. Questo è l’obiettivo del nostro gruppo: identificare le varie parti in cui possiamo apportare miglioramenti e migliorare continuamente il razzo. ”
Fino ad ora, Virgin Orbit ha completato un solo razzo, ma ne hanno già molti altri in produzione nella loro struttura di Long Beach. Zagorski ha affermato che “la costruzione di missili diventa più facile man mano che apprendono da esperienze precedenti” e che sperano che ciò contribuisca al loro obiettivo: “stiamo posizionando la nostra linea di produzione per costruire più missili in un anno di quanti ne abbiano mai fatti”. Il maggior numero di missili che chiunque costruisca in un anno è vicino a 20, e Virgin Orbit ha in programma di produrre 24 missili all’anno e lanciare decine di voli man mano che aumentano le loro tariffe. L’ingegnere aerospaziale ha affermato che gran parte del suo lavoro comporta “l’apprendimento di come adattare il tradizionale processo di produzione di razzi per incorporare additivi per costruirli più rapidamente”.
“Oggi, nel settore aerospaziale ci sono molte persone che vogliono ridurre al minimo il numero di parti necessarie nei motori a razzo, e questo è un buon obiettivo, ma ci sono alcuni aspetti pratici che devono essere presi in considerazione. Ci vuole un approccio intelligente per decidere quale ruolo AM ha in parti specifiche del razzo, il che significa che forse non stamperemo l’intero razzo. AM non sarà la soluzione a tutto, e questo è l’approccio che cerchiamo di adottare a Virgin Orbit: costruire il miglior razzo possibile, ma anche il più affidabile, quindi se c’è una parte del razzo dove AM non lo fa ‘ Non ha molto senso, useremo un’altra tecnologia. Deve esserci un equilibrio tra prestazioni, costi, vantaggi per i tempi di consegna e affidabilità “.
Tuttavia, Virgin non si limita a costi e prestazioni durante lo sviluppo dei missili, sia la compagnia che il suo fondatore sono piuttosto grandi in termini di sostenibilità. Uno dei progetti per animali domestici di Branson riguarda l’attivismo climatico, che nel caso della produzione di razzi significa avere una prospettiva di consumo energetico.
“Una parte del razzo ricavata da un grosso blocco di metallo consuma molta energia per tagliare il materiale sprecato durante la stampa, mentre AM risulta una parte che è abbastanza vicina alla forma finale e potrebbe richiedere solo una lavorazione finale a alla fine, risparmiando sul consumo di energia “, ha detto Zagorski.
Per Zagorski e il suo team, è stato un viaggio interessante vedere il veicolo di lancio crescere in quello che è oggi, e sa che c’è molto di più nei lavori per Virgin Orbit. Le operazioni di ingegneria, produzione e elaborazione del carico utile sono tutte nelle immediate vicinanze della struttura centralizzata della California meridionale, consentendo all’azienda di ridurre drasticamente i cicli di test e sviluppo rispetto alle medie del settore e testare facilmente la tecnologia AM per far avanzare ulteriormente la creatività per lo sviluppo di missili, più velocemente che mai: “la produzione additiva ci consentirà di realizzare qualsiasi veicolo futuro la nostra mente progettare”.
