NASA Uygun Maliyetli Roket Motoru Üretmek için Katmanlı İmalât Kullanıyor!

NASA mühendisleri, ilk kez bakırdan roket motor parçaları üretmeyi denediğinde, boşa zaman kaybı olmasından korkuluyordu. Çünkü parlak metal parçacıklarının katmanlı imalatı gerçekleştiren lazer ışınlarını doğrudan yansıtması oldukça maliyetli olan lazerlerin fazla ısıya maruz kalıp kızarmasına ve bakırın erimesine sebep oluyordu. Bu sebeple 2014 yılına kadar katmanlı üretimde bakır kullanılmıyor ve bu teknolojiye uygun olmadığı düşünülüyordu. İlk prototipler “koyu renkli lekeler” gibi görünüyordu. 

2004 yılında NASA’da çalışmaya başlayan Christopher Protzve Paul Gradl, bakırın katmanlı imalat sürecindeki bu zorluğu çok dert etmediler. Genellikle roket motorlarının geliştirilmesi uzun zaman aldığından, performansını kanıtlaması için yapılan ateşleme testine başlamadan aylar önce tasarımı bitirmek, birkaç ay da (hatta yıl) imalat ve parçaların tamamlanmasını beklemek gerekiyordu. Ancak onlar, katmanlı imalatın haftalar içinde yeni parça üretebilecek potansiyelini görmüşlerdi. NASA da risk almaya istekliydi…

Beş yıl sonra tüm çalışmalar meyvesini verdi. NASA’nın “oyunu değiştiren” fikirler fonu tarafından finanse edilen, “gelecekteki uzay görevlerinde devrim yapma potansiyeline sahip” üç NASA araştırma merkezini kapsayan büyük bir ekip olan Düşük Maliyetli Üst Aşama Sınıfı Yürütmesi (LCUSP) çatısı altında büyük ilerlemeler kaydedildi. Bakır ve nikel bazlı alaşım teknolojileri, katmanlı imalat teknolojisinin ateşleme testlerini gerçeğe dönüştürecek kadar ileri düzeydeydi.

İnsanoğlu bakırı, yaklaşık 12.000 yıl önce kullanmaya başladı. İlk insanlar önce “doğal bakır” parçalarına rastladılar, daha sonra bu eşsiz metal parçalarını aletlere, silahlara ve mücevherlere dönüştürdüler. Demircilerin yetenekleri geliştikçe, bakırın önemi de arttı. Dövülebilir ve esnek oluşu ile kullanım kolaylığı sağlayan bu metalin, hem ısıyı hem de elektriği iletme özelliği, bir dizi pratik üretim alanında bakır kullanımını öne çıkardı.

Bakırın ısı iletme yeteneği, NASA bilim adamlarını roket yakıtının ateşlendiği yanma odasında bakır kullanma fikrine yöneltti. Pürüzsüz ısı dağılımı; şeflerin kullandığı bakır tavalarda oldukça işe yarayan bir özellik iken, aynı anda 6.000 derece Fahrenheit’ta yanan bir roket yakıtı barındıran yanma odasında zorluğa dönüşüyordu. Çünkü bu derecede yüksek bir ısı, çevresindeki her şeyi buharlaştırabilirdi.

Bunun için, roket mühendisleri yanma odasını tasarlarken bakırın aşırı ısınmasını önlemek adına, yanma odasına soğutucu akışkanları pompalayan küçük kanallar ilave ettiler. Böylelikle motora zarar vermeyecek bir sıcaklık dengesi sağladılar.

Bu metallerin geleneksel metal işleme makineleri ile üretilmesi nispeten yavaş ve maliyetliydi, üstelik kalite seviyeleri parçadan parçaya göre değişim gösteriyordu. Gradl, katmanlı imalat teknolojisinin bunu değiştirdiğini söylüyor. NASA ekibi bakır bölmelerini, GE Additive iştiraki Concept Laser tarafından üretilen özel bir lazer eritme makinesinde üretiyor.

Ancak, üretimdeki zorluklar yalnızca bununla da kalmıyor. Bölme duvarları ve iç soğutma kanalları hâlâ Protz‘in istediği kadar pürüzsüz değil; çünkü pürüzlü yüzeyler ısı transferini artırdığından soğutucu akışını azaltıyor. Bu kanalları düzeltmek için üç boyutlu üretim işlemini geliştirmek ya da yazıcı işi bitirdikten sonra yüzeyleri düzeltmek gibi bazı deneyler yapılıyor. Ancak Protz, roket bilimi ve malzemenin karmaşık yapısının NASA‘yı bu tür sorunları çözmek için uygun hâle getirdiğini söylüyor.

Protz ve Gradl, NASA‘nın Alabama’daki Marshall Uzay Uçuş Merkezi’nde bulunan ekipte, çeşitli alaşımların ve bileşenlerin çalışan prototiplere dâhil edilmesi için çalıştı.

Bugün NASA’nın Hızlı Analiz Üretim ve Yürütme Teknolojileri (RAMPT) projesinin ortak araştırmacıları olan Gradl ve Protz’un amacı, bakır teknolojisinin potansiyelini ortaya çıkararak, özel sektörün uyduları fırlatmak ve güneş sistemini keşfetmek için ihtiyaç duyduğu roket motoru yapımı maliyetlerini düşüren katmanlı imalat teknolojilerinin kullanmasını sağlamak. Çünkü, roketleri daha uygun maliyet ile üretebilirsek, belki daha sık uçabiliriz…