NASA는 엔진 제조 비용과 엔진 무게를 줄이기 위한 프로젝트의 일환으로 처음으로 알루미늄으로 만든 3D 프린팅 로켓 엔진 노즐 테스트에 성공했습니다. 로켓엔진 노즐은 엄청난 열과 압력을 견뎌야 하기 때문에 복잡한 공정과 수천 개의 부품을 사용해 제작해야 한다. 새로운 엔진을 통해 우주국은 심우주 탐사와 관련된 비용을 줄이고 더 많은 탑재량을 운반할 수 있도록 로켓의 무게를 줄이는 것을 목표로 하고 있습니다.
2023년 5월, NASA의 RAMFIRE 3D 프린팅 로켓 엔진 노즐은 화씨 6,000도(섭씨 약 3,300도)에 달하는 환경에서 테스트되었습니다. 이미지: NASA
3D 프린팅된 로켓 엔진 노즐을 만들기 위해 NASA는 적층 제조에 적합하고 로켓 엔진의 스트레스가 많은 작업 조건을 견딜 수 있는 알루미늄 변형을 개발해야 했습니다. 엔진 노즐은 로켓의 가장 중요한 구성 요소 중 하나이며, 연소실과 마찬가지로 엔진의 연소 및 연소 부산물에서 발생하는 극심한 열을 견딜 수 있어야 합니다.
이 엔진 노즐은 알루미늄 A6061-RAM2로 제작되었으며 NASA의 RAMFIRE(4차 산업 혁명을 위한 반응성 적층 제조) 프로젝트의 일부입니다. 이 프로젝트는 특히 로켓의 단순성과 냉각을 가능하게 하는 설계 변경을 도입하는 데 중점을 두고 3D 프린팅 로켓 엔진 노즐 개발에 전념하고 있습니다.
로켓 엔진 노즐은 일반적으로 노즐을 통해 흐르는 초저온 추진제에 의해 냉각되는 바닥의 종 모양 구성 요소입니다. 이는 노즐의 내벽에 채널을 가공한 다음 엔진의 연소실로 다시 흘러 추력을 생성함으로써 달성됩니다. 이러한 채널에는 수백 또는 수천 개의 개별 구성 요소가 필요하므로 당연히 제조 공정이 복잡해지고 비용과 무게가 추가됩니다.
NASA는 또한 로켓 엔진 노즐과 동일한 재료로 3D 프린팅된 테스트 탱크를 만들었습니다. NASA와 RAMFIRE 프로젝트 엔지니어링 및 제조 파트너인 RPM Innovation은 3D 프린팅 기술을 사용하여 엔진 노즐을 제작함으로써 단일 부품으로 로켓 엔진 노즐을 제작할 수 있게 되었습니다. 이는 비용을 크게 절감하고 엔지니어링 프로세스를 단순화하는 동시에 노즐을 더 가볍게 만듭니다. 이 모든 것은 엄청난 이점입니다. 특히 무게는 로켓의 가장 큰 한계 중 하나이기 때문입니다. 엔지니어는 로켓이 발사될 때 실제로 이륙할 수 있도록 로켓의 무게, 추진제 및 탑재량의 균형을 신중하게 조정해야 합니다.
미국 항공우주국(NASA)은 로켓 엔진 부품 제조에 있어 3D 프린팅 기술의 발전으로 특히 성간 임무에서 더 많은 탑재량을 운반할 수 있을 것으로 믿고 있습니다. RAMFIRE 3D 프린팅 로켓 엔진 노즐의 경우 NASA는 누적 테스트 시간이 579초, 즉 약 10분, 테스트 온도가 화씨 6,000도에 달하는 22개의 테스트를 성공적으로 수행했습니다.
또한 NASA와 RPM Innovation은 에어로졸 노즐과 극저온 액체 탱크를 제작했습니다. 이 부품의 알루미늄은 Elementum3D와 협력하여 제조되었습니다. 로켓 제조를 위한 적층 제조는 비교적 새로운 분야입니다. 캘리포니아주 롱비치에 본사를 둔 로켓 회사인 RelativitySpace는 3D 프린팅 기술을 사용하여 연료 탱크, 엔진 및 기타 부품을 제조하기 시작했습니다.