Astrobotic testa Chakram, motore a detonazione rotante realizzato con stampa 3D metallo

Astrobotic ha completato una campagna di test a caldo per Chakram, un motore a razzo a detonazione rotante, indicato in inglese come Rotating Detonation Rocket Engine o RDRE. Le prove si sono svolte presso il NASA Marshall Space Flight Center a Huntsville, in Alabama, e hanno coinvolto due prototipi del motore. Secondo Astrobotic, la campagna ha totalizzato più di 470 secondi di funzionamento distribuiti su otto accensioni, compresa una combustione continua di 300 secondi che l’azienda ritiene possa rappresentare la durata più lunga mai raggiunta da un RDRE in un test a caldo.

Durante le prove, ciascun motore ha prodotto oltre 4.000 libbre di spinta, pari a circa 18 kN, e ha raggiunto condizioni di funzionamento stabili dal punto di vista termico. Astrobotic non ha indicato danni visibili all’hardware al termine della campagna. Il dato è importante perché i motori a detonazione rotante sono studiati da anni, ma una delle difficoltà principali resta il funzionamento stabile per durate compatibili con un impiego reale, non solo per brevi dimostrazioni di laboratorio.

Il ruolo della stampa 3D metallo

Il punto più interessante, per il settore della manifattura additiva, non riguarda solo la durata dei test. Riguarda anche il modo in cui il motore è stato costruito. Secondo 3DPrint.com, Astrobotic ha utilizzato PermiAM, una tecnologia di stampa 3D metallo collegata a Elementum 3D e pensata per controllare la porosità all’interno dei componenti. In un motore a razzo, questa possibilità può avere un ruolo diretto nella gestione del calore e nel flusso dei fluidi, due aspetti centrali per la stabilità e la durata del sistema.

La tecnologia PermiAM viene descritta da Elementum 3D come un processo per Laser Powder Bed Fusion capace di stampare, nello stesso componente, zone porose con permeabilità controllata e zone completamente dense. Questo significa che una parte metallica può essere progettata con regioni solide, dove serve resistenza meccanica, e regioni porose, dove serve passaggio controllato di fluido o raffreddamento distribuito.

Una precisazione è utile: le fonti industriali descrivono PermiAM come una tecnologia sviluppata in collaborazione tra Masten Space Systems, oggi parte di Astrobotic, ed Elementum 3D. Dyndrite, società attiva nel software per la manifattura additiva, ha annunciato nel 2025 l’integrazione del workflow PermiAM nel proprio software Dyndrite LPBF Pro, indicando applicazioni in motori a razzo, ipersonica, sistemi di raffreddamento e componenti a prestazioni elevate.

Perché la porosità controllata è utile in un motore a razzo

Nei motori a razzo, il problema termico è costante. Camera di combustione, iniettori e zone vicine al flusso caldo devono sopportare temperature elevate, differenze di pressione, vibrazioni e cicli di accensione. Nei sistemi tradizionali, il raffreddamento viene ottenuto con canali, intercapedini, brazing, saldature o assemblaggi complessi. Ogni interfaccia aggiunge lavorazioni, costi, controlli e possibili punti deboli.

Con la stampa 3D metallo, molte geometrie interne possono essere integrate direttamente nella parte. PermiAM aggiunge un ulteriore livello: non si limita a creare canali, ma consente di modificare localmente la permeabilità del materiale. In pratica, alcune aree possono rimanere dense per sopportare i carichi, mentre altre possono permettere il passaggio di fluido per raffreddamento o gestione del flusso. Dyndrite descrive proprio questo vantaggio: strategie di parametri diverse in volumi differenti dello stesso pezzo, con l’obiettivo di ottenere flusso di refrigerante controllato senza perdere integrità strutturale.

Nel caso di un RDRE, questo aspetto è ancora più delicato. Il motore non lavora come una camera di combustione convenzionale, ma utilizza onde di detonazione che si muovono in una camera anulare. Le condizioni interne sono difficili da controllare perché pressione, calore e onde di combustione interagiscono in modo rapido. Avere componenti con funzioni termiche integrate può aiutare a ridurre massa, numero di parti e complessità di assemblaggio.

Che cosa distingue un motore a detonazione rotante

Un motore a razzo convenzionale brucia propellente in modo controllato, con una combustione subsonica. In un motore a detonazione rotante, invece, una o più onde di detonazione viaggiano attorno a una camera anulare. La detonazione è un processo di combustione supersonica: il fronte di reazione si propaga a velocità molto elevate e genera pressioni superiori rispetto alla combustione tradizionale.

Astrobotic afferma che un RDRE può estrarre più energia dalla stessa quantità di propellente e arrivare a miglioramenti di efficienza fino al 15%. Questo non significa che tutti i motori RDRE porteranno automaticamente quel guadagno in missione, ma indica la ragione per cui la tecnologia interessa chi sviluppa propulsione spaziale: più efficienza può significare più carico utile, meno massa propellente o maggiore flessibilità di missione.

Il problema è che ottenere una detonazione stabile non è semplice. Il motore deve mantenere la propagazione dell’onda, alimentare correttamente il propellente, evitare instabilità dannose e gestire carichi termici elevati. Per questo la campagna di test di Astrobotic non va letta solo come prova di spinta, ma come verifica della durata e della stabilità di un’architettura di motore che punta a uscire dalla fase puramente sperimentale.

I risultati della campagna Chakram

Secondo il comunicato di Astrobotic, due prototipi Chakram hanno completato otto test a caldo. La campagna ha incluso due brevi test di accensione e, nelle altre prove, il motore ha raggiunto lo stato termico stabile. L’azienda ha evidenziato il test continuo da 300 secondi come passaggio chiave, perché un RDRE destinato a sistemi spaziali deve dimostrare funzionamento controllato su durate significative.

Bryant Avalos, Principal Investigator del programma Chakram presso Astrobotic, ha dichiarato che il motore ha superato le aspettative dell’azienda e ha indicato il test da 300 secondi come il risultato più significativo della campagna. Astrobotic collega la tecnologia a possibili impieghi futuri su lander lunari, veicoli di trasferimento orbitale e sistemi destinati allo spazio cislunare.

Dove potrebbe essere usato Chakram

Astrobotic indica Chakram come parte di un percorso più ampio nella propulsione. La società prevede di integrare tecnologie RDRE in futuri veicoli, tra cui lander lunari della classe Griffin, razzi riutilizzabili Xodiac e Xogdor, e un veicolo di trasferimento orbitale in sviluppo.

Queste applicazioni hanno requisiti diversi, ma condividono alcune esigenze: ridurre massa, migliorare efficienza, aumentare affidabilità e semplificare la produzione. Un motore a detonazione rotante non è una soluzione universale per ogni missione, ma può diventare interessante dove la spinta, la compattezza e il consumo di propellente sono fattori determinanti.

Il legame con Griffin-1 e il programma CLPS

Il lavoro su Chakram si inserisce nel percorso di Astrobotic verso missioni lunari commerciali. La missione Griffin-1 dovrà portare payload scientifici e tecnologici nella regione del polo sud lunare nell’ambito del programma Commercial Lunar Payload Services della NASA. La NASA descrive Griffin-1 come una missione CLPS destinata a consegnare tecnologia e scienza sulla Luna, all’interno della più ampia campagna Artemis.

Astrobotic ha indicato la finestra di lancio successiva disponibile per Griffin-1 a partire da luglio 2026. Nella stessa pagina di aggiornamento, l’azienda cita progressi su avionica, integrazione strutturale, test con rover e verifica dei payload secondari.

Il manifest di Astrobotic per Griffin Mission One indica come destinazione la regione del cratere Nobile, al polo sud lunare, e cita payload di Venturi Astrolab, ESA, NASA e Astrobotic. Tra questi compare FLIP, il rover dimostrativo di Astrolab, oltre a BEACON, CubeRover, Laser Retroreflector Array e altri carichi utili.

Astrobotic e Astrolab

Il rover FLIP, acronimo di FLEX Lunar Innovation Platform, è stato selezionato per volare su Griffin-1 dopo il cambio di configurazione della missione rispetto al piano iniziale con il rover NASA VIPER. Astrobotic e Venturi Astrolab hanno annunciato che Griffin porterà FLIP nella regione Nobile del polo sud lunare. Astrolab userà la missione per testare sottosistemi utili al proprio rover FLEX, tra cui batterie, pneumatici, avionica, sensori e software.

Questo contesto è utile per capire perché Astrobotic lavora anche sulla propulsione. I lander lunari, i rover, i veicoli di trasferimento e i sistemi di supporto alla superficie non sono progetti separati: fanno parte di una filiera in cui massa, costi, affidabilità e tempi di produzione incidono direttamente sulla possibilità di offrire servizi di trasporto e operazioni sulla Luna.

Il contributo di Masten Space Systems

Astrobotic non parte da zero nel campo della propulsione. Nel 2022 ha acquisito Masten Space Systems, azienda statunitense con una lunga esperienza nei voli verticali a decollo e atterraggio, nei test di motori e nello sviluppo di tecnologie lunari. Astrobotic ha indicato oltre 600 voli verticali di test e atterraggio come parte dell’eredità tecnica acquisita con Masten.

Il sito Masten, oggi collegato ad Astrobotic, descrive anche motori additivamente fabbricati. Il motore Tachi, per esempio, viene indicato come un motore da 6.000 lbf realizzato con PermiAM, mentre Broadsword viene descritto come un motore da 25.000 lbf con camera di spinta in composito metallico di alluminio stampata in additivo in sole tre parti.

Questo precedente rende più comprensibile l’interesse di Astrobotic verso Chakram. La società non sta usando la stampa 3D solo come strumento per prototipi, ma come parte della progettazione di componenti propulsivi con geometrie interne, raffreddamento e architetture difficili da ottenere con metodi tradizionali.

Elementum 3D, Dyndrite e il controllo del materiale

Nel quadro produttivo, Elementum 3D fornisce competenze su materiali e processi per stampa 3D metallo, mentre Dyndrite lavora sul software che consente di applicare strategie di processo più complesse. La collaborazione descritta da Dyndrite mira a portare PermiAM dentro LPBF Pro come plug-in, permettendo agli ingegneri di applicare regioni porose, dense o a transizione graduale anche su geometrie complesse.

Per i motori a razzo questo è un tema concreto. Non basta disegnare un componente con canali interni: bisogna poterlo produrre con parametri ripetibili, controllare la microstruttura, validare la permeabilità e dimostrare che il pezzo resiste al carico. La stampa 3D metallo diventa quindi un sistema di progettazione del materiale, non solo una tecnica per ottenere una forma.

Dalla propulsione stampata in 3D alla produzione sulla Luna

Astrobotic è coinvolta anche in progetti di manifattura legati direttamente alla superficie lunare. Nel progetto MOONRISE, il Laser Zentrum Hannover e la Technische Universität Berlin lavorano con Astrobotic per testare la fusione laser della regolite lunare. L’obiettivo è creare strutture come piattaforme di atterraggio e strade usando polvere lunare, riducendo la necessità di trasportare materiali dalla Terra.

La pagina del progetto MOONRISE del Laser Zentrum Hannover spiega che il sistema dovrebbe usare un laser per fondere la regolite e creare strutture solide, mentre l’intelligenza artificiale analizzerebbe il processo per supportare il controllo qualità. I partner citati includono LZH e l’Institute of Aeronautics and Astronautics della TU Berlin, con finanziamento attraverso l’agenzia spaziale tedesca presso DLR.

Il collegamento con Chakram non è diretto sul piano tecnico, ma lo è sul piano industriale: Astrobotic sta costruendo competenze in cui la manifattura additiva serve sia per produrre hardware spaziale sulla Terra, sia per preparare processi di costruzione in ambiente lunare.

Perché il test conta per la manifattura additiva

Il caso Chakram mostra un uso della stampa 3D metallo in cui la libertà geometrica non è l’unico vantaggio. Qui la manifattura additiva serve a controllare proprietà locali del componente: densità, permeabilità, flusso, raffreddamento e struttura. Questo è un passaggio importante perché molti componenti spaziali non richiedono solo leggerezza o forme complesse, ma funzioni interne integrate.

In un motore a razzo, ridurre il numero di parti può diminuire saldature, guarnizioni, punti di perdita e passaggi di assemblaggio. Integrare il raffreddamento nel componente può migliorare la gestione termica. Usare porosità controllata può distribuire il fluido dove serve. Tutto questo deve però essere accompagnato da test severi, perché la stampa 3D metallo non elimina automaticamente i rischi: li sposta verso controllo di processo, qualifica del materiale, ispezione e ripetibilità.

Prossimi passi

Astrobotic indica che i dati raccolti con Chakram guideranno ulteriori sviluppi su raffreddamento, regolazione della spinta e riduzione della massa. Questi tre elementi sono coerenti con il passaggio da un motore dimostrativo a un sistema più vicino all’impiego operativo.

Il test non significa che un RDRE Chakram volerà a breve su una missione lunare, ma conferma che Astrobotic sta portando avanti un percorso tecnico in cui propulsione avanzata, stampa 3D metallo e architetture di raffreddamento integrate vengono sviluppate insieme. Per le missioni lunari e cislunari, dove ogni chilogrammo e ogni margine di efficienza contano, questa combinazione può diventare una leva importante.

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