AMERICA MAKES: el DESAFIO de la CASA BLANCA

America Makes -principal asociación público-privada norteamericana para el desarrollo de la fabricación aditiva- ha celebrado su evento anual Technical Review & Exchange (TRX) del 18 al 19 de octubre en la University of Alabama in Huntsville.

El evento brindó a los asistentes la oportunidad de compartir contenido a un nivel profundo y conocer los proyectos actuales que están ayudando a avanzar en el desarrollo de la manufactura aditiva. Entre los ponentes estuvieron importantes figuras del AFRL, la MDA y la NASA.

la University of Alabama in Huntsville está considerada como el principal centro de fabricación del Pentágono en el estado de Alabama, y por ello no fue de extrañar que asistiesen varios funcionarios gubernamentales de alto nivel para debatir sobre los desafíos del ejército para adoptar la fabricación aditiva, aportando algunas presentaciones muy interesantes acerca de ciertas aplicaciones, tales como:

• Fabricación aditiva de boquillas Mach
• Fabricación aditiva para enfriadores de aceite híbridos
• Fabricación aditiva de componentes para motores de cohetes

En esta edición del TRX los organizadores optaron por un formato más conversacional y flexible que en ediciones anteriores, lo cual permitió a los asistentes interactuar de manera más fluida con los presentadores.

Laboratorios Zucrow: Fabricación Aditiva de Misiles Hipersónicos

El término "supersónico" se refiere a aeronaves que rompen la barrera del sonido a Mach 1, como el ahora retirado Concord y el prometedor Boom Supersonic XB-1, y se extiende hasta Mach 5; esto es, cinco veces la velocidad del sonido. Cuando se alcanza una velocidad superior a Mach 5, se ingresa en el entorno hipersónico y empiezan a complicarse los diseños. Sin embargo, investigadores de los laboratorios Zucrow (Purdue University, Indiana, USA) están demostrando que este entorno inusual puede ser un campo de pruebas perfecto para la Impresión 3D en metal.

Más concretamente, sus trabajos recientes demuestran que las nuevas tecnologías de fabricación aditiva avanzada permiten obtener piezas de uso final completamente densas que ofrezcan una robustez insuperable. Piezas que puedan afrontar condiciones hipersónicas y vivir para contarlo: En palabras de Carson Slabaugh -director de investigación- “Cuando un vehículo vuela tan rápido se produce una compresión y un calentamiento extremos del aire que fluye alrededor y dentro del fuselaje. A Mach 5, se trata de un aumento de seis veces en la temperatura y un aumento de presión de unos cientos de veces. Ese tipo de carga térmica y mecánica hace que el régimen de la aerodinámica y la mecánica estructural cambie por completo en comparación con los sistemas de menor velocidad."

Por encima de Mach 5, la temperatura del aire atmosférico a medida que pasa es de miles de grados, la presión aumenta de manera igualmente extraordinaria, y por si esto fuera poco, el aire mismo puede incluso volverse químicamente reactivo. Todo esto combinado se convierte en un extraordinario reto para cualquier sistema de propulsión de misiles cuyo empuje provenga de la quema de combustible. Para enfrentar este desafío, Slabaugh y su equipo se asociaron con Velo3D para "imprimir" inyectores de combustible con geometrías complejas que logran un rendimiento de mezcla de aire y combustible muy alto, ya que los métodos de fabricación convencionales no podrían haber producido tales piezas, especialmente con las superaleaciones de metal de alta resistencia necesarias para sobrevivir a las condiciones de prueba extremas.

La capacidad de imprimir rápidamente en 3D una variedad de geometrías de inyectores para la cámara de combustión de prueba -en este caso hecha de Hastelloy X, una superaleación de alta resistencia y alta temperatura que soporta un entorno hipersónico- permitió al equipo de Purdue identificar rápidamente qué diseño funcionaba mejor. Los diseños se imprimieron y fueron sometidos a una serie de pruebas relevantes, hasta que en sólo dos semanas el equipo consiguió dar con el producto de mayor rendimiento que presentaba todas las características estacionarias y dinámicas que estaban buscando.

El próximo paso para el equipo ahora es ensamblar una gran variedad de inyectores en una cámara de combustión aún más potente. Velo3D está colaborando con los laboratorios Zucrow para ayudarlos a aprovechar sus capacidades mediante la integración del conjunto de inyectores en un componente impreso de una sola pieza.  partir de ahí, los ingenieros continuarán refinando y ensamblando un sistema de combustión completo, con el objetivo de lograr una capacidad de prueba hipersónica a gran escala para finales de 2022.

X-Bow: Líder a la carrera

X-Bow Systems ha entregado al Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de EE. UU. (AFRL - Air Force Research Laboratory) su dispositivo móvil de Impresión 3D recientemente desarrollado.

Fundada en 2016, X-Bow Systems está especializada en el desarrollo de propulsores sólidos y motores de cohetes impresos en 3D. La compañía con sede en Nuevo México se dio a conocer en marzo de 2022, cuando ya había creado una cartera de pequeños vehículos de lanzamiento adecuados para lanzamientos orbitales y suborbitales.

Desde su fundación la empresa captó el interés de la industria militar, y su lista de clientes incluye al AFRL, al AFWERX, al Laboratorio Nacional de Los Álamos, al Laboratorio Nacional Sandia y a la Agencia de Proyectos de Investigación de Defensa (DARPA).

La solución presentada se denomina Pathfinder I y fue desarrollada en colaboración con el programa Eternal Quiver del AFRL. Esencialmente, se trata de una solución móvil diseñada para imprimir en 3D componentes de motores de cohetes de propulsante sólido así como los propulsores sólidos para impulsarlos.

Como sugiere el nombre, los motores de cohetes de propulsante sólido funcionan con propulsores que vienen en forma granular sólida y la compañía afirma que estos motores fabricados mediante manufactura aditiva son más eficientes y económicos que sus contrapartes convencionales, combinando capacidad de respuesta, flexibilidad y confiabilidad.

En palabras de Jill Marsh, gerente del programa RFIB en X-Bow, “La tecnología de propulsión avanzada, la fabricación avanzada y nuestro talentoso y dedicado equipo de ingeniería son fundamentales para el desarrollo de soluciones de misiles de próxima generación. Durante los próximos años, X-Bow tiene como objetivo trabajar con el AFRL para identificar proyectos y tecnologías enfocadas a mejorar la capacidad del Pathfinder I para su uso en defensa y otras aplicaciones”. 

La unidad de producción Pathfinder I está diseñada en última instancia para resolver los desafíos tradicionales de creación de prototipos de cohetes. Según el AFRL, los cohetes de propulsante sólido para demostraciones de tecnología suelen tardar hasta diez años en llegar a las pruebas con fuego real, mientras que una variante operativa puede tardar hasta 20 años en producirse por completo. Por lo tanto, se necesitan procesos de fabricación bajo demanda más rápidos y optimizados para acelerar la transferencia de tecnología.

La solución móvil de impresión 3D producida por X-Bow permite una "propulsión de cohete asequible en cualquier momento y en cualquier lugar" al eliminar muchas de las limitaciones de diseño y tiempo que presenta la fabricación convencional. La unidad tiene varios módulos, el primero de los cuales se ocupa de la síntesis de combustible. Aquí, la composición del combustible se crea utilizando reactores de microfluidos para controlar las propiedades del combustible de alto nivel. Luego, un mezclador acústico resonante homogeneiza la composición propulsora mediante vibración. Después, el módulo principal de fabricación aditiva se usa para imprimir en 3D los granos de propulsor sólido, así como la cabeza del motor del cohete. Luego, el combustible se combina con la carcasa estructural del misil y se utilizan herramientas integrales de imágenes para evaluar los misiles de manera no destructiva. 

Aerojet Rocketdyne: La pandilla maravilla

Aerojet Rocketdyne ha sido seleccionada por Lockheed Martin Missiles and Fire Control para construir un propulsor de motor de cohete sólido avanzado, con destino a la segunda etapa de un sistema de armas hipersónicas desarrollado por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada para la Defensa de EE. UU. (DARPA), conocido como Operational Fires u OpFires.

En palabras de Eileen Drake -CEO y presidente de Aerojet Rocketdyne- “Seguimos ampliando los límites en nuestras tecnologías de propulsión hipersónica, ya sea mediante el desarrollo de un motor de cohete sólido de alto rendimiento que se puede apagar cuando se lo ordenan, como OpFires, o mediante la incorporación de Fabricación Aditiva en nuestros motores scramjet para mejorar la asequibilidad. Esperamos aprovechar nuestras tecnologías hipersónicas avanzadas para el equipo de Lockheed Martin y apoyar el esfuerzo de la DARPA a fin de brindar mayor flexibilidad y letalidad a nuestros combatientes”.

OpFires tiene como objetivo desarrollar un sistema de misiles lanzados desde tierra, que permita que las armas hipersónicas de impulso y deslizamiento penetren las defensas aéreas enemigas modernas y ataquen de forma rápida y precisa objetivos críticos sensibles al tiempo desde una plataforma de lanzamiento altamente móvil. Según afirma Jason Reynolds -vicepresidente de Programas Avanzados de Lockheed Martin Missiles and Fire Control- "A medida que continuamos trabajando activamente con el programa OpFires de la DARPA para demostrar una solución a largo plazo para la capacidad de rango medio del Ejército, el innovador motor de cohete de rango variable de Aerojet Rocketdyne ahora permite a OpFires entregar cargas útiles en todo el espectro de rango medio con un solo misil hipersónico. ”

Lockheed Martin Missiles and Fire Control lidera el esfuerzo de integración para la tercera fase del programa, que se centra en el diseño y la maduración de misiles, el desarrollo de lanzadores y la integración de vehículos. Aerojet Rocketdyne se une al equipo OpFires dirigido por Lockheed Martin, que incluye a Dynetics, Electronic Concepts & Engineering, Inc. y Northrop Grumman. Antes de ser seleccionado para la Fase 3, Aerojet Rocketdyne construyó y probó con éxito un motor de cohete avanzado a gran escala para la DARPA en apoyo de la Fase 2 del programa OpFires. Durante la serie de pruebas, la compañía demostró la capacidad del motor de cohete sólido para desarrollar el empuje cuando se le ordena.

Además de los propulsores de motores de cohetes sólidos, Aerojet Rocketdyne ofrece una amplia gama de capacidades para apoyar el desarrollo de misiles hipersónicos, incluyendo asimismo ojivas y scramjets. Después de haber proporcionado los sistemas de propulsión líquida y sólida que impulsaron el Air Force-DARPA-NASA X-51A para el éxito del vuelo hipersónico, Aerojet Rocketdyne ahora está desarrollando carcasas de motores de cohetes sólidos livianas y robustas e incorporando la Fabricación Aditiva en sus sistemas de toma de aire de alto rendimiento.

China acelera la Manufactura Aditiva de piezas para misiles

China Aerospace Science and Industry Corp. (CASIC), el mayor fabricante de misiles de China, está aprovechando la tecnología de fabricación aditiva (AM) para acelerar el diseño y la producción de misiles de crucero.

Esto no tiene nada de extraño pues la fabricación tradicional de cada pieza metálica de un misil representa un coste y plazo de entrega muy elevados porque implica una sucesión de procesos de mecanizado, fundición y soldadura.

Sin embargo, las tecnologías existentes hoy día para manufactura aditiva permiten recortar los costes y tiempos necesarios para realizar cada pieza convirtiendo los meses en semanas, las semanas en días, y los días en horas.

Pero no sólo permite recortar costes y tiempos: también permite un mayor alcance gracias a que las piezas pueden ser optimizadas para manufactura aditiva, de manera tal que pesen menos pero conserven toda su resistencia mecánica.

Additive Manufacturing, Arms Control and Delivery Vehicles: Challenges and Ways Forward

Nuclear arms control remains a priority for the foreseeable future for many stakeholders, and proposals have emerged to focus on capping nuclear warheads of the main nuclear-weapon states.

However, delivery vehicles are another source of instability and arms race dynamics. Whether they are coupled with weapons of mass destruction or considered exclusively in the context of their use with conventional weapons, missiles are increasingly transferred, produced, modernized, and used in military conflicts.

One important element in that increase is the development of technologies for advanced additive manufacturing. The importance of this technology has already been demonstrated in the civilian sector as Rocket Lab announced that parts of its Electron rocket would be produced through additive manufacturing (Winick 2019). In 2015, the weapon manufacturer Raytheon tested a design produced 80% through additive manufacturing (Raytheon News 2015). Using this technology could lower the cost of a missile program as well as, in the long term, the expertise required (Shaw 2017).

The development of offensive capabilities can also lead to a negative regional or global spiral with the increased deployment of defensive systems, and in response, new efforts to procure offensive weapons. It is therefore useful to keep thinking about ways to limit the destabilizing effect of these weapon systems. Some legal instruments currently exist in unilateral, bilateral or multilateral forums. Their focus may be limited to nonproliferation or they may cover a broader range of issues and address the behavior of states acquiring these delivery vehicles.

This article:

https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/25751654.2022.2047360

will discuss ways in which these instruments can evolve to better respond to current trends and dynamics regarding missiles, but also will suggest new initiatives, particularly confidence-building measures, that could be useful to reduce the destabilizing effect of these systems.

North Korea: Red Alert

The Biden administration says two North Korean missile launches in recent weeks were test firings of a powerful new long-range ICBM, and warned that a full-range test could soon follow.

The tests were of a missile reportedly larger than an ICBM North Korea launched in 2017 that was assessed to be capable of reaching the United States.

American missile defence and reconnaissance forces in the Pacific have been placed in a state of “enhanced readiness” in preparation for a full-range test, a senior administration official said.

The official outlined the US intelligence assessment of the recent launches on the condition of anonymity: “The purpose of these tests, which did not demonstrate ICBM range, was likely to evaluate this new system before conducting a test at full range in the future, potentially disguised as a space launch,” said Pentagon press secretary John Kirby in a statement.

North Korea has claimed the March 4 and February 26 launches were merely to test cameras to be installed on a future spy satellite. Multiple UN Security Council resolutions prohibit North Korea from firing ICBMs, and the US will announce a new round of sanctions meant to make it more difficult for the country to access technology needed for its weapons programmes, the official said.

The 2017 launch was part of a series of tests that prompted then-president Donald Trump to threaten North Korea’s leaders with “fire and fury” and brought the two countries to the brink of more serious conflict.

The new missile was first revealed to the public in 2020 during celebrations marking the 75th birthday of North Korea’s Communist Party in Pyongyang.

(Source: AP)

Manufactura Aditiva en Relativity Space: una pasada

Relativity Space planea hacer uso de la manufactura aditiva para construir cohetes bastante pequeños, capaces de poner satélites en órbita de una manera rápida y económica. El proyecto no parece descabellado a juicio de los inversores, pues la compañía ha recaudado alrededor de 1.200 millones de dólares en solo ocho meses, lo cual representa un nivel frenético de inversión disfrutado por muy pocos en la industria aeroeespacial.

¿Qué planea imprimir?

Relativity planea imprimir en 3D casi todos los componentes de sus cohetes orbitales de 60 metros de altura, llamados Terran 1. Según sus previsiones, la fabricación aditiva les permitiría construir un cohete en menos de un mes, y es por ello que inversores de alto perfil, tales como Black Rock y Fidelity, han decidido apostar fuerte por el proyecto hasta el punto de que su valor se haya disparado hasta superar los 4.000 millones de dólares, convirtiéndose de esta manera en una de las empresas más valiosas en el floreciente sector aeroespacial comercial.

¿Es la única empresa que imprime cohetes en 3D?

Es cierto que otras fábricas de cohetes utilizan impresoras 3D para desarrollar ciertos componentes, pero no para su fabricación final, que es subcontratada a través de una cadena de suministro compleja. Por el contrario, en Relativity Space el 90% de las piezas del cohete están construidas casi en su totalidad mediante robots de un solo brazo, que van depositando y fundiendo polvo metálico hasta construir piezas de diseño intrincado que pueden reemplazar cientos de piezas diminutas: Relativity dice que puede usar menos de 1.000 piezas donde los cohetes tradicionales usan más de 100.000, y su piedra angular es la Stargate, una imponente impresora 3D que, según Relativity Space, es la más grande del mundo e imprime con aleaciones metálicas patentadas.

¿Qué planes tiene a corto, medio y largo plazo?

La ganancia inesperada de efectivo le ha dado a la compañía un impulso muy fuerte, y a corto plazo planea mudarse de su actual factoría en Long Beach a un hangar de 10.000 kilómetros cuadrados donde Boeing solía construir aviones de carga C-17. De igual manera, su fuerza laboral se ha disparado de unas 100 personas a aproximadamente 600, contratando a ingenieros clave de prestigiosas compañías como Blue Origin, Microsoft o SpaceX, entre otras.

Actualmente, la compañía está enfocada actualmente en garantizar que su primera misión Terran 1 sea un éxito, pero no es el único objetivo de la empresa pues está planeando construir un cohete mucho más grande, llamado Terran R, que espera lanzar en 2024. Y para más adelante, la compañía pretendería construir y desplegar una estación espacial en órbita terrestre baja, según archivos publicados por la NASA.

China: Más presión

China afirma haber superado ya a los Estados Unidos en el desarrollo de misiles hipersónicos de búsqueda por calor, que podrían enfocarse hacia todo tipo de objetivos incluidos portaaviones.

Esta noticia, que probablemente agregará intensidad a la carrera armamentista en curso entre China, Estados Unidos y Rusia, se produce después de que Beijing haya negado haber probado un misil hipersónico con capacidad nuclear.

El proyectil, que dio la vuelta al planeta, generó preocupación entre los funcionarios de Estados Unidos, pero China insistió en que ese lanzamiento correspondía a una nave espacial para uso civil. Sin embargo, ahora los investigadores de la Universidad Nacional de Tecnología de Defensa de China afirman haber desarrollado una tecnología específica para que un misil hipersónico encuentre un objetivo en función de su firma de calor.

De ser cierta esta noticia, ello significaría que China habría desarrollado un sistema de búsqueda por calor, capaz de funcionar a velocidades hipersónicas. Y esto que es muy fácil de escribir, supone un reto extremadamente complicado por la sencillísima razón de que el rozamiento del misil con la atmósfera genera un calor capaz de interferir con el detector de calor hasta dejarlo inutilizado por completo.

Este desarrollo se produce en medio de una carrera armamentística basada en la hipervelocidad, campo en el de momento se sabe que que están trabajando China, Estados Unidos y Rusia.