Il 9 maggio 2024, l’Indian Space Research Organization (ISRO) ha effettuato con successo un test a caldo di lunga durata su un motore a razzo liquido stampato in 3D. Il motore, noto come PS4, è utilizzato nel quarto stadio del Polar Satellite Launch Vehicle (PSLV), uno dei razzi principali dell’ISRO.
Modernizzazione del PSLV
Il PSLV è utilizzato per lanciare satelliti in orbita dal 1993, completando numerose missioni con successo. La sua capacità di trasportare satelliti su diverse orbite lo rende adatto a vari progetti spaziali. Con l’integrazione di componenti stampati in 3D, il PSLV viene aggiornato per le missioni spaziali di nuova generazione.
Produzione Additiva per il Motore PS4
Tradizionalmente, il motore PS4 era fabbricato usando tecniche convenzionali di lavorazione e saldatura. Ora, grazie alla produzione additiva (AM), l’ISRO ha ottenuto significativi miglioramenti in termini di efficienza e sostenibilità. Utilizzando la fusione laser a letto di polvere (LPBF), il numero di componenti del motore è stato ridotto da 14 a un unico pezzo, eliminando 19 giunti saldati e riducendo i tempi di produzione del 60%. La materia prima necessaria è passata da 565 kg di pezzi forgiati a soli 13,7 kg di polvere metallica.
Il Contributo di Wipro 3D
Il Liquid Propulsion Systems Center (LPSC) dell’ISRO ha riprogettato il motore per renderlo compatibile con il Design for AM (DfAM). La produzione è stata realizzata da Wipro 3D, una divisione di Wipro Infrastructure Engineering e leader nei servizi AM in India. Wipro 3D ha utilizzato macchine da stampa 3D avanzate di vari marchi per produrre il motore PS4, evidenziando i benefici ambientali e di efficienza della produzione additiva, come il risparmio del 97% delle materie prime e la significativa riduzione dei tempi di produzione.
Successo del Test a Lunga Durata
Il motore PS4 stampato in 3D è stato sottoposto a un test a caldo di lunga durata presso l’ISRO Propulsion Complex di Mahendragiri, durato 665 secondi. Durante il test, le prestazioni del motore sono state rigorosamente valutate. Il motore utilizza una combinazione bipropellente di tetrossido di azoto come ossidante e monometilidrazina come carburante, in un sistema alimentato a pressione che spinge i propellenti nella camera di combustione.
Le prestazioni del motore sono state stabili per tutta la durata del test, come mostrato nel grafico delle prestazioni, con una spinta e una pressione della camera costanti. Alla fine dei 665 secondi, si è verificato un calo improvviso di tutti i parametri, segnalando la fine del test. Questa stabilità dimostra l’affidabilità del motore stampato in 3D.
Prospettive Future per l’ISRO
Prima del test di lunga durata, la testa dell’iniettore del motore è stata costruita e testata, e sono state eseguite simulazioni dettagliate per garantirne l’affidabilità. Quattro test più brevi, per un totale di 74 secondi, hanno confermato le prestazioni del motore, ma il test finale di 665 secondi ha definitivamente validato le sue capacità.
L’ISRO prevede di integrare questo motore PS4 stampato in 3D nel programma regolare del PSLV, dimostrando il potenziale della produzione additiva in applicazioni spaziali specifiche. Questo risultato si allinea con le tendenze globali nell’esplorazione spaziale, dove agenzie e aziende private adottano sempre più l’AM per sviluppare tecnologie avanzate e rendere l’esplorazione spaziale più praticabile.
L’ISRO continua a esplorare l’uso della stampa 3D per altri componenti e applicazioni. L’organizzazione ha utilizzato la stampa 3D per produrre parti satellitari, migliorando l’efficienza e riducendo i costi di lancio. Inoltre, l’ISRO sta lavorando su componenti di stampa 3D per altri motori a razzo, compresi i motori criogenici, e sta esplorando l’uso della stampa 3D per costruire habitat sulla Luna o su Marte, utilizzando materiali locali per creare infrastrutture per missioni a lungo termine.
Adottando queste tecniche, l’ISRO mira a soddisfare le rigorose esigenze delle future missioni spaziali, posizionandosi all’avanguardia dell’innovazione nella produzione additiva per l’esplorazione spaziale.
