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Jan 13, 2024

Metal AM permet aux étudiants de premier cycle de développer un concept de turbopompe de fusée économique

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30 août 2023

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Deux étudiants de premier cycle, Zachary Lesan et Patrick Watson, du programme de sciences de l'ingénierie aérospatiale de l'Université du Colorado à Boulder, ont collaboré avec des experts de CFTurbo, Velo3D, Silicon Valley Elite Manufacturing, EMP et d'autres pour développer un concept de turbopompe de fusée économique et fiable. . Au cours de leurs stages sur le terrain, les deux hommes ont noué des relations avec des concepteurs seniors de Space X et Launcher qui les ont aidés à comprendre les moyens de résoudre les défis les plus urgents liés à la conception de fusées et à la création de composants idéaux, monoblocs et hautes performances pour l'espace.

Zach Lesan, le responsable initial de cette équipe universitaire composée de deux personnes, a eu l'idée du projet en janvier 2021 au cours de sa première année d'études de premier cycle. Watson a rejoint et a repris la plupart des responsabilités vers la fin de 2022, après que Lesan ait obtenu son diplôme et commencé un stage chez SpaceX.

"J'ai lancé ce projet parce que j'adorais les fusées et les turbomachines", a expliqué Lesan. «Je savais comment fonctionnaient les moteurs-fusées à semi-conducteurs et je les ai conçus dans le passé, alors que j'étais au lycée. Cependant, les fusées à propulsion liquide ont captivé mon imagination. Je voulais vraiment comprendre tous les détails.

"J'ai attaqué le problème de front", a ajouté Lesan. "C'était une énorme opportunité d'apprendre la conception de composants, la conception d'assemblages complexes, la CAO, les principes de conception de l'impression 3D et une variété de solutions de modélisation logicielle pour résoudre les problèmes de principes fondamentaux."

Apprendre à résoudre des problèmes d’ingénierie était un avantage évident de l’entreprise. Cependant, le processus de conception et de construction de la turbopompe présentait davantage de défis à surmonter. La tâche la plus difficile, mais peut-être la plus gratifiante, a été de collaborer avec des partenaires industriels capables de proposer la fabrication additive, l'usinage, des pièces prêtes à l'emploi telles que des joints et des fixations, ainsi que des conseils. En règle générale, ces efforts sont menés par des gestionnaires chevronnés. Cependant, Lesan puis Watson ont fait de l'acquisition de partenariats un élément majeur pour déplacer le support et la production au-delà du laboratoire de fabrication géré par l'école vers des sites industriels plus avancés.

Au début du projet, Lesan visait une construction en une seule pièce et a contacté le fournisseur de fabrication additive métallique Velo3D. Il était conscient que leurs capacités de construction de fusion sur lit de poudre par faisceau laser (PBF-LB) étaient cruciales pour la production du moteur SpaceX Raptor. Cette enquête a conduit à une conversation avec le vice-président des ventes mondiales et du développement commercial de Velo3D, Zach Murphee, et le directeur des ventes techniques, Gene Miller. Les deux personnes ont encouragé Lesan et lui ont proposé la technologie et les services de l'entreprise pour le projet.

"Zach et Gene étaient très enthousiasmés par le projet", a déclaré Lesan. « Et leur enthousiasme m’a rendu encore plus engagé. Les capacités de conception des imprimantes Velo3D et leurs encouragements personnels m'ont finalement poussé à suivre l'ensemble du processus de conception de la turbopompe.

Après l'appel de Lesan à Velo3D, une autre avancée s'est produite. Alors que la refonte de la turbopompe est en cours, Lesan rencontre Patrick Watson, qui deviendra bientôt son co-concepteur, au CU Sounding Rocket Laboratory (CUSRL). Là, ils découvrent un intérêt commun pour les turbomachines et leur coentreprise débute. "Zach [Lesan] m'a montré sa présentation d'ingénierie et j'ai été époustouflé par son avancée technique", a déclaré Watson.

"Patrick est intervenu vers Noël 2021", a ajouté Lesan. « J'ai appris qu'il travaillait sur les turbomachines grâce à son stage chez Launcher [a Vast company]. Cela a ouvert la voie à notre collaboration sur place. Patrick en a appris de plus en plus sur ma conception initiale début 2022, puis a repris entièrement notre projet cette année-là en termes de fabrication de pièces et de collaboration avec des partenaires. Il a continué avec les dessins, les documents de fabrication, les CFD et les livrables finaux.

Les cinq dernières années ont été marquées par des progrès significatifs dans la technologie spatiale et des fusées. Des ingénieurs indépendants et des sociétés commerciales travaillent à la conception de fusées en une seule pièce et à la consolidation des approches de fabrication. L'objectif, partagé par Lesan et Watson, est de réduire le recours aux techniques traditionnelles d'usinage, de moulage, de brasage et d'assemblage, qui limitent les performances fonctionnelles, diminuent la fiabilité et dépendent d'une chaîne d'approvisionnement en déclin.