18 февраля марсоход Perseverance, созданный Лабораторией реактивного движения (JPL) NASA, совершил успешную посадку на поверхность красной планеты, завершив длительную экспедицию в сотни миллионов километров. Ровер собран из различных металлических деталей, 11 из которых изготовлены посредством трехмерной печати. Некоторые детали марсохода Perseverance изготовлены непосредственно компанией Carpenter Technology.

3D-печать самого продвинутого марсохода за всю историю

Использование аддитивных технологий дало инженерам JPL возможность работать с уникальными конфигурациями и регулировать значимые характеристики:

•    уменьшенная масса конструкции;
•    высокая прочность;
•    сниженная чувствительность к температурному воздействию.

Предшественник Perseverance – аппарат Curiosity – выполнил в 2012 году первую напечатанной на 3D принтере керамической детали,  расположенной внутри устройства для исследования различных проб. С этого времени Национальное управление по аэронавтике США продолжает изучать потенциал трехмерной печати, проверять надежность моделей для применения в космическом секторе.

Как «вспомогательные структуры», распечатанные части марсохода не подвергли бы миссию опасности, если сработали не так, как предполагалось. Успешная доставка марсохода из металлических деталей Perseverance на соседнюю планету – это значимое достижение, открывающее новые горизонты для задействования аддитивных разработок в аэрокосмической отрасли.

Из 11 распечатанных деталей Perseverance 5 расположены в устройстве для рентгеновской литохимии (Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry или PIXL). Этот прибор величиной с небольшую коробочку помогает аппарату отыскивать и собирать образцы окаменелостей, сканируя рентгеновскими лучами структуру горных пород и анализируя данные.

Оболочка для PIXL

PIXL вместе с прочими приспособлениями и приборами закреплены на 40-килограммовой поворачивающейся башне на окончании двухметровой роботизированной руки Perseverance. Для облегчения этой конструкции инженеры JPL разработали двухсекционный титановый корпус, монтажную раму, 2 опорные стойки и фиксирующие устройство на конце рычага. На самом деле напечатанные детали на 3D-принтере для Perseverance компанией Carpenter Additive обладают значительно меньшей массой, чем аналогичные экземпляры, которые производятся традиционным способом. Аддитивные разработки помогли достичь оптимальной массы и необходимой детализации, которые нереальны при применении классических технологий.

Шесть оставшихся элементов размещаются в аппарате Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment или MOXIE. Данный агрегат станет тестировать методику, в перспективе способную синтезировать масштабные гиганские объемы кислорода для получения на Марсе топлива для ракет, что поможет астронавтам стартовать обратно на Землю.

Для воспроизведения кислорода MOXIE разогревает марсианский воздух практически до 800 оС. Для этого прибор снабжен 6 теплообменниками – небольшими пластинками из никелевого сплава, защищающими важные элементы конструкции от разрушения экстремальными температурами.
Обычно подобные теплообменники изготавливают из двух частей, впоследствии свариваемых вместе. Но для MOXIE деталь была распечатана в Калифорнийском технологическом институте как единое целое. Элементы, выполненные из суперсплавов, сохраняют прочность и устойчивость к коррозии при критических температурах. Такие материалы часто применяют в энергетических турбинах либо реактивных двигателях.

Хотя инновационный процесс изготовления деталей удобен и практичен, в напечатанной детали могут быть скрытые дефекты - поры или микротрещины, способные разрушить поверхность элемента. Чтобы предупредить такие проблемы, пластины теплообменника в специальной камере подвергались изостатическому прессованию, при котором деталь разогреваются до 1000 оС и равномерно повышается давление в камере. После научные сотрудники проверяют микроструктуру теплообменников, задействовав микроскопы и проводя механические тесты, чтобы удостовериться в пригодности изделий для полетов в космосе.

Миссия Perserverence стала удачным элементом более обширной программы НАСА по изучению Красной планеты, а 3Д-печать призвана сыграть существенную роль в данном проекте.

Источник

Фото