Relativity Space’in Terran 1 roketi Mart ayında Florida’nın Cape Canaveral Uzay Kuvvetleri İstasyonundan havalanarak gece vakti gökyüzünü aydınlattı. Tamamen 3D baskılı parçalardan oluşan 100 feet boyunda ve 7,5 feet genişliğinde bir test roketi ilk kez fırlatıldı. Katmanlı üretimin bir türü olan 3D baskı, kabiliyetleri arttırmak ve maliyetleri düşürmek için çok önemli bir teknolojidir. Terran 1, yaklaşık 6.000 Fahrenheit derecelik sıcaklıklara ulaşan dokuz adet katkılı olarak üretilmiş bakır alaşımlı motor kullandı.
Glenn Research Copper veya GRCop olarak bilinen bu bakır bazlı alaşım serisi, NASA’nın Cleveland’daki Glenn Araştırma Merkezi’nde, yüksek performanslı roket motorlarının yanma odalarında kullanılmak üzere kuruluşun Game Changing Development girişiminin bir parçası olarak geliştirilmiştir. Bakır, krom ve niyobyum, 900 Fahrenheit derecenin üzerinde yüksek mukavemet, yüksek termal iletkenlik, yüksek sürünme direnci, yüksek iyi düşük çevrim yorgunluğu ve malzeme arızalarını önleyen iyi düşük çevrim yorgunluğu için optimize edilmiş GRCop’u oluşturmak üzere birleştirilmiştir. Geleneksel bakır alaşımlarından %40’a kadar daha yüksek sıcaklıklara dayanabilirler, bu da gelişmiş performans ve yeniden kullanılabilirliğe sahip bileşenlerle sonuçlanır.
NASA 1980’lerin sonunda alçak Dünya yörüngesindeki uzay araçları için tekrarlanan ateşlemelere dayanabilecek bir manevra motoru yaratmayı planladı. Roket motorlarının hayati parçalarını zorlayan çok sayıda başlatma ve kapatma döngüsü, karşılaştıkları karmaşık tasarım ve çalışma ortamı zorlukları arasındadır.
Uzay mekiği programı kullanımdayken Dr. David Ellis, NASA tarafından desteklenen bir yüksek lisans öğrencisiyken GRCop alaşım ailesini yarattı. Kariyeri boyunca alaşımları ve bunların kullanım alanlarını geliştirmeye devam etti.
Ellis, o dönemde Uzay Mekiği Ana Motoru için yanma odası gömleklerinin genellikle bir ila beş görevden sonra değiştirildiğini söyledi. Analizimize göre, bakım hizmetleri arasında 100 görev ve 500 görevlik motor ömrü hedefine GRCop-84 ile kolayca ulaşılabilecektir.
Yıllar süren alaşım araştırmaları boyunca GRCop alaşımlarının çeşitli versiyonlarını geliştirmek için Ellis ve ekibi, NASA’nın Hızlı Analiz ve Üretim Tahrik Teknolojisi (RAMPT) de dahil olmak üzere çok sayıda proje ve programla işbirliği yaptı. GRCop-42 olarak bilinen en son versiyon, roket motorları için tek parçalı ve çok malzemeli yanma odaları ve itme odası tertibatları üretmek için bir dizi eklemeli üretim tekniği kullanmaktadır. Performans iyileştirilirken itme odası bileşenlerinin ağırlığı ve maliyeti büyük ölçüde azaltılmıştır.
NASA, modern katmanlı üretim tekniklerinin GRCop metalleri ile oldukça iyi çalıştığını keşfetti. GRCop bileşenleri, Terran 1 roket motorları da dahil olmak üzere çeşitli havacılık ve uzay uygulamaları için lazer toz yatağı füzyonu ve yönlendirilmiş enerji biriktirme gibi çağdaş üretim teknikleri kullanılarak üretilebilir.
Bir 3D bilgisayar modeli, lazer toz yatağı füzyonu için elektronik olarak ince katmanlara ayrılır. Tam bir nesne oluşturmak için ince toz katmanlarını binlerce kez birbiri üzerine yayma ve kaynaştırma işlemi, daha sonra bir yazıcı gibi işlev gören bir toz yatağı makinesinde başlar. Bu katman katman birleştirme tekniğiyle üretilen malzemelerin mukavemeti, dövme metalinkiyle eşittir. Bu tekniğin faydası, yanma odaları ve nozullar için soğutma kanalları ve nozullar gibi karmaşık parçaların üretilebilmesidir.
Bir lazer kullanılarak yönlendirilmiş enerji biriktirme (DED) yöntemiyle bir eriyik havuzu üretilir. Eriyik havuzu daha sonra soğuyan ve katılaşan toz ile püskürtülür. Parçanın tamamı, bir robotun 3D hareketlerinin kontrolü altında bir lazer ve üflenen toz kullanılarak inşa edilir. Lazer toz yatağı füzyonu ile karşılaştırıldığında, DED tekniği daha büyük formlar ve bileşenler üretir, ancak daha az karmaşık ayrıntıya sahiptir.
NASA’nın Huntsville, Alabama’daki Marshall Uzay Uçuş Merkezi’nde baş mühendis olan Paul Gradl, RAMPT gibi geliştirme girişimlerinin ticari uzay, endüstri ve akademi tarafından kullanılmak üzere yeni alaşımların ve prosedürlerin oluşturulmasını sağladığını belirtti. NASA geliştirme riskini üstlenmekte ve prosedürü ilk malzeme ve süreç konseptlerinden sertifikasyona kadar ilerletmektedir.
NASA liderliğindeki buluşların endüstri becerilerini nasıl geliştirdiğini ve Amerika’nın genişleyen uzay ekonomisini nasıl desteklediğini gösteren bir başka mükemmel örnek de GRCop-42 alaşımlarının ticari uzaya girmesidir.
NASA, GRCop-42’nin geliştirmeden Terran 1 roketini fırlatmak için kullanılan uçuşa hazır bir ürüne dönüşmesini sağlayan geri ödemeli bir Uzay Yasası Anlaşması kapsamında Relativity Space’e teknik yardım sağlamıştır. Gelecekte Ay’a, Mars’a ve ötesine yapılacak seferlerde, Relativity Space tarafından gösterildiği gibi, GRCop alaşımları kullanılarak katmanlı üretimle üretilen bu yüksek performanslı roket motoru bileşenlerinden yararlanılabilir.
NASA’nın Uzay Teknolojisi Görev Müdürlüğü’nün bir bölümü olan Game Changing Development, ajansın devam eden ve gelecekteki görevleri için yenilikçi, disiplinler arası teknolojiler ve yetenekler yaratıyor.
Kaynak. Kilkenny, Nancy Smith – NASA Glenn Araştırma Merkezi
