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| La boquilla RAMFIRE realiza una prueba de fuego caliente en el stand 115 del área de pruebas Este de Marshall. La tobera, fabricada con la novedosa aleación de aluminio 6061-RAM2, experimenta enormes gradientes de temperatura. A medida que los gases calientes se acercan a los 6.000° Fahrenheit y se someten a combustión, se van formando carámbanos en el exterior de la tobera del motor. Crédito: NASA |
Uno de los principales retos de enviar seres humanos a la Luna, Marte y más
allá es la capacidad de transportar suficientes suministros para garantizar su
supervivencia. Para lograrlo, es esencial reducir al máximo el peso del propio
cohete para que pueda transportar más carga.
Para ello es necesario encontrar materiales ligeros que puedan soportar las
duras condiciones de los viajes espaciales. La NASA compite actualmente por
desarrollar tales materiales y ya ha obtenido algunos resultados prometedores.
Uno de los logros recientes es el desarrollo y ensayo de una tobera de motor
de cohete impresa en 3D y fabricada en aluminio, que es más ligera que otras
toberas utilizadas en motores de cohete convencionales y abre nuevas
posibilidades para los vuelos al espacio profundo que pueden transportar más
cargas útiles.
El desarrollo del componente forma parte del proyecto RAMFIRE (Reactive
Additive Manufacturing for the Fourth Industrial Revolution) de la NASA.
El aluminio tiene una densidad menor y una relación resistencia-peso mayor que
la mayoría de los metales, lo que lo hace ideal para componentes ligeros y de
alto rendimiento. Sin embargo, el aluminio también tiene inconvenientes, como
su baja tolerancia al calor extremo y su tendencia a agrietarse durante la
soldadura. Por eso, el aluminio no se suele utilizar para la fabricación
aditiva de piezas de motores de cohetes, hasta ahora.
Conscientes de su potencial, los ingenieros del Centro Marshall de Vuelos
Espaciales de la NASA se asociaron con Elementum 3D para crear un tipo de
aluminio soldable lo suficientemente resistente al calor para su uso en
motores de cohetes.
Las toberas RAMFIRE impresas en 3D están diseñadas con pequeños canales
internos que mantienen la tobera lo suficientemente fría como para evitar que
se derrita. Además, la tobera RAMFIRE se construye impresa en 3D como una sola
pieza, lo que requiere muchas menos uniones y reduce significativamente el
tiempo de fabricación. En comparación, las toberas fabricadas tradicionalmente
pueden requerir hasta mil piezas unidas individualmente.
La NASA y Elementum 3D han desarrollado una novedosa variante de aluminio
conocida como A6061-RAM2 y polvo especializado para su uso en el proceso de
deposición directa de energía en polvo por láser (LP-DED). Otro socio
comercial, RPM Innovations (RPMI), utilizó el aluminio recién inventado y el
polvo especializado para construir las boquillas RAMFIRE mediante su proceso
LP-DED.
"Hemos reducido los pasos del proceso de fabricación, lo que nos permite
fabricar componentes de motor a gran escala de una sola vez en cuestión de
días", declaró Paul Gradl, investigador principal de RAMFIRE en el Centro
Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA.
La novedosa aleación podría desempeñar un papel decisivo en los objetivos de
la NASA de ir de la Luna a Marte al permitir la fabricación de componentes
ligeros para cohetes capaces de soportar elevadas cargas estructurales".
En el Área Este de Pruebas de Marshall, dos toberas RAMFIRE se sometieron a
varias pruebas de fuego caliente con oxígeno líquido e hidrógeno líquido y
también con oxígeno líquido y metano líquido como combustible. Las toberas
soportaron cámaras de presión de más de 825 libras por pulgada cuadrada (psi),
que superaban las presiones de prueba previstas, y lograron 22 arranques y 579
segundos, o casi 10 minutos, de tiempo de ejecución. Esta prueba demuestra que
las toberas pueden funcionar en las condiciones más difíciles del espacio
profundo.
"Esta serie de pruebas marca un hito importante para la tobera", declaró
Gradl. "Tras someter la tobera a una exigente serie de pruebas de combustión
en caliente, hemos demostrado que puede soportar las cargas térmicas,
estructurales y de presión de un motor a escala de módulo de aterrizaje
lunar".
Además de construir y probar con éxito las toberas del motor del cohete, los
ingenieros también han utilizado el material de aluminio RAMFIRE y el proceso
de fabricación aditiva para crear otros componentes avanzados de gran tamaño
con fines de demostración. Entre ellos se incluye una tobera de aerospike de
36 pulgadas de diámetro con complejos canales de refrigerante integrales y un
depósito con camisa de vacío para aplicaciones de fluidos criogénicos.