Till innehåll på sidan
Till KTH:s startsida

3D-printade delar i rymden ingen ”rocket science”

Uppskjutning på European Space Agency.
Bild: © ESA
Publicerad 2023-03-15

Recycling och kostnadsjakt har nått den konkurrensutsatta rymdindustrin. Genom att återanvända raketmotorer och 3D-printa motordelar kan kostnaderna pressas, men hur kommer delarna att påverka motorerna? Det ska Jens Fridh, forskare på EGI ta reda på.

Ligger du på rygg och tittar du upp mot en stjärnhimmel kommer du snart att märka att det är ett myller av små lysande prickar som rör sig på himlapällen. Det är små satelliter som ligger i en omloppsbana på cirka 20 000 kilometers höjd. De behövs för att vi tex ska kunna prata i mobilen och för att vår GPS-teknik ska funka. Även forskningssatelliter och satelliter som övervakar klimatet cirklar runt jorden. Inom en snar framtid kommer kanske en av de rörliga prickarna vara ljuset från en nöjesresa i rymdfärja.

Jens Fridh framför probturbinen
Jens Fridh vid provturbinen.

– Det är trångt där uppe. Raketuppskjutningar har ökat dramatiskt de senaste åren, till stor del handlar det om att få upp satelliter. Idag är det kommersiella aktörer som driver en bransch som förut baserades främst på statliga anslag, och de här aktörerna är naturligtvis angelägna om att vara kostnadseffektiva, säger Jens Fridh , forskare på Institutionen för energiteknik, som också är engagerad i KTH Rymdcenter.

Ett sätt att spara kostnader är att återvinna raketmotorerna som lösgörs efter starten och idag brinner upp i atmosfären.

– Recycling har äntligen nått rymdindustrin, kan man säga. Varför ska man skicka upp dyra saker som brinner upp? Dessutom går det i linje med samhällets generella hållbarhetstänk.

Jens Fridh arbetar med GKN Aerospace som är med i ett europeiskt forskningsprogram, Themis, där man ska utveckla återanvändningsbara raketmotorer. I en vätskedriven raketmotor drivs bränsle- och syrepumparna av en eller flera turbiner. Dessa innehåller delar som både är komplicerade och kostsamma att tillverka. Men om man kan 3D-printa delar till dessa motorer får man ner kostnaderna ytterligare, förklarar Jens Fridh.

– Ett enda turbinblad, exempelvis, kan kosta lika mycket som en sportbil. Om du har komplicerad geometri, lönar sig additiv tillverkning. 3D-printade turbindelar blir betydligt billigare och man kan tillverka delarna snabbt.

Hand som håller i turbinbladet.
Gjutet turbinblad, värd ca 1 miljon kronor. Betydligt billigare när den är 3D-printad.

Utmaningen med 3D-printade delar är att de får en lite skrovlig yta i tillverkningsprocessen. När delarna behöver efterbearbetas går man miste om kostnadsfördelarna med den additiva tillverkningen. Frågan är hur mycket skrovligheten förändrar turbinens funktion, och därmed raketmotorns prestanda, och det är precis vad Jens och hans team ska undersöka.

– Vi ska kartlägga hur ytråheten påverkar friktion och värmeöverföring. Här på KTH har vi både en vindtunnel och en provturbin som väntar på de första försöken. Vi kommer att samarbeta med en ytmätsexpert från Institutionen för Produktionsutveckling för att få en bra karakterisering av ytan.

En återbrukbar raktetmotor har andra krav på sig än de tidigare. Bland annat måste den klara fler återstarter; du måste kunna ha koll på var den befinner sig och den ska vara enkel att serva och byta ut delar på.

Frågan är, hur får man tillbaka en bortkopplad raketmotor till jorden?

– I det här fallet behåller man lite bränsle i raketerna och landar dem igen, helt enkelt.

Text: Anna Gullers.

STAMPE

I projektet STAMPE (Space Turbines with Additive Manufactured Performance ) ska forskarna experimentellt och numeriskt undersöka ytråhetens påverkan på aerodynamiska förluster och värmeöverföring. Projektet är ett samarbete med GKN Aerospace och får finansiering via Rymdstyrelsens Innovationsprogram Industriell Rymdforskning 2022-2.

Svenska GKN Aerospace deltar i European Space Agency (ESA)’s motorutvecklingsprogram Prometheus och raketprogrammet Themis med återanvändbart första steg. STAMPE relaterar direkt till Themis och Prometheus. Läs mer om Prometheus på ESA:s hemsida.

Läs mer: Projektet MERiT som tittar på raketmunstycken.

Innehållsansvarig:Oxana Samoteeva
Tillhör: Energiteknik
Senast ändrad: 2023-03-15