Blue Origin usa impressão 3D em 65% de novo motor de foguete | Reprodução/Blue Origin
A Blue Origin apresentou um motor de foguete fabricado majoritariamente com impressão 3D, que promete entregar mais força utilizando menos material. Batizado de Northstar, o equipamento emprega manufatura aditiva em mais de 65% de sua massa, segundo a fabricante. O projeto também apresenta redução de 30% no peso e de 50% na quantidade de peças em comparação com o BE-4, motor utilizado nos foguetes New Glenn e Vulcan. O anúncio ocorreu na quinta-feira, 05/11, e reforça a importância da impressão 3D na indústria espacial.
A proposta da empresa é simplificar a fabricação de motores de grande porte, reduzindo componentes e etapas de montagem sem abrir mão do desempenho. De acordo com a Blue Origin, o Northstar foi desenvolvido para produzir 715 mil libras-força de empuxo, acima das 640 mil libras-força declaradas para o BE-4.
Entretanto, os números apresentados são informações da fabricante. Embora o projeto já tenha alcançado a fase de testes de desenvolvimento, a empresa ainda não anunciou uma data para o primeiro voo do Northstar.
Impressão 3D representa mais de 65% da massa do Northstar
A característica mais importante do Northstar é o uso extensivo da manufatura aditiva, nome técnico dos processos industriais que constroem componentes mediante deposição ou consolidação de material.
Ao contrário de métodos convencionais, que frequentemente removem material de blocos metálicos ou exigem a união de diversas peças, a fabricação aditiva permite produzir geometrias complexas a partir de modelos digitais.
Em motores de foguete, essa possibilidade é especialmente relevante. O equipamento precisa conduzir combustíveis, suportar pressões elevadas e resistir a condições térmicas extremas. Muitas dessas funções exigem passagens internas, canais e estruturas difíceis de obter por processos tradicionais.
Uma peça impressa em 3D pode, dependendo do projeto, incorporar funções que antes exigiam componentes separados. Isso reduz pontos de união, etapas de montagem e operações de fabricação.
A Blue Origin afirma que mais de 65% do Northstar é produzido por manufatura aditiva. Em sua página técnica, a companhia esclarece que essa proporção corresponde à massa do motor.
Portanto, o percentual não significa necessariamente que 65 em cada 100 peças sejam impressas. Uma peça grande pode representar uma parcela significativa da massa total, enquanto numerosos componentes pequenos representam uma fração menor.
A fabricante ainda não detalhou quais componentes específicos são impressos, quais ligas metálicas utiliza ou quais processos de fabricação aditiva estão presentes em cada etapa do Northstar.
Northstar tem metade das peças e pesa 30% menos que o BE-4
Outro resultado anunciado pela Blue Origin está na simplificação do projeto.
Segundo a empresa, o Northstar reúne 50% menos peças do que o BE-4 e apresenta uma redução de 30% na massa total, apesar de oferecer empuxo superior.
Essa combinação tem consequências importantes para a engenharia. Menos componentes podem reduzir operações de montagem, interfaces mecânicas e etapas de inspeção. Entretanto, a simplificação não elimina a necessidade de verificar a integridade de cada peça produzida.
Na indústria aeroespacial, uma pequena imperfeição pode comprometer estruturas submetidas a temperaturas e pressões extremas. Por isso, a fabricação aditiva exige controle de processo, inspeções e procedimentos de qualificação adequados aos componentes desenvolvidos.
A comparação também revela um ganho relevante na relação entre empuxo e massa.
Considerando apenas os valores divulgados, o Northstar oferece aproximadamente 11,7% mais empuxo que o BE-4. Como sua massa declarada é 30% menor, a relação entre empuxo e massa do novo motor seria aproximadamente 59,6% superior à do antecessor.
Esse cálculo compara as características nominais divulgadas pela fabricante. Ele não comprova, isoladamente, uma melhoria equivalente na eficiência de combustível ou no desempenho de um foguete completo.
Como a impressão 3D pode acelerar a fabricação de foguetes?
A Blue Origin também associa a manufatura aditiva à redução dos prazos industriais.
A empresa afirma que os avanços de fabricação permitem realizar a montagem do Northstar em menos de um dia. Esse tempo não corresponde, porém, à fabricação completa de todas as peças do motor.
Antes da montagem final, os componentes precisam ser produzidos, preparados e submetidos aos procedimentos de controle necessários. O anúncio não especifica quanto tempo cada uma dessas etapas exige.
A distinção é importante porque imprimir componentes complexos não significa concluir um motor inteiro em poucas horas.
Mesmo assim, eliminar peças e reduzir operações de união pode trazer ganhos relevantes à produção. Em vez de fabricar vários componentes separadamente e reuni-los posteriormente, a equipe pode desenvolver uma geometria integrada, desde que ela atenda às exigências técnicas do projeto.
Outra vantagem potencial é a rapidez na modificação de componentes. Alterações no modelo digital podem permitir novas versões de uma peça sem depender da fabricação de todas as ferramentas tradicionais utilizadas anteriormente.
Contudo, cada alteração continua exigindo os testes e as verificações aplicáveis. A velocidade de produção não substitui os requisitos de confiabilidade da engenharia espacial.
Novo motor oferece cerca de 12% mais empuxo
O Northstar foi anunciado com 715 mil libras-força de empuxo, equivalentes a aproximadamente 3.181 quilonewtons.
O BE-4, utilizado atualmente pela Blue Origin, possui empuxo nominal de 640 mil libras-força, aproximadamente 2.846 quilonewtons.
A diferença é de 75 mil libras-força, o que representa um aumento de aproximadamente 11,7% em relação ao motor anterior.
O empuxo é a força que o motor produz para impulsionar o foguete. Entretanto, ele não deve ser confundido diretamente com a velocidade alcançada pelo veículo ou com a quantidade de carga transportada ao espaço.
O desempenho de uma missão depende de diversos fatores, incluindo a massa do foguete, a quantidade de propelente, o perfil de voo e a configuração dos estágios.
Assim, embora o Northstar apresente números superiores aos do BE-4, a Blue Origin ainda precisa demonstrar como o novo equipamento se comportará em suas futuras aplicações operacionais.
Northstar utiliza oxigênio líquido e gás natural liquefeito
Apesar das mudanças na fabricação, o Northstar preserva características fundamentais da tecnologia de propulsão utilizada no BE-4.
O novo motor funciona com oxigênio líquido e gás natural liquefeito, combinação frequentemente associada ao uso de metano como combustível em sistemas espaciais.
Ele também mantém o ciclo de combustão em estágios rico em oxigênio, arquitetura utilizada para aproveitar a energia dos propelentes e alimentar o sistema de propulsão.
Outra característica preservada é a configuração de turbobomba de eixo único, responsável por movimentar os propelentes em condições adequadas ao funcionamento do motor.
Essa continuidade indica que a Blue Origin não abandonou toda a arquitetura anterior. A empresa concentrou parte importante da evolução na redução da massa, na simplificação dos componentes e nos processos industriais.
A fabricante também apresenta o Northstar como um motor reutilizável, projetado para atender às necessidades de lançadores que retornam para novas missões.
Entretanto, a vida útil operacional e a quantidade de reutilizações possíveis ainda dependem da validação do equipamento em testes e operações futuras.
Projeto chegou aos testes de desenvolvimento em 11 meses
A Blue Origin informa que levou apenas 11 meses entre a aprovação do projeto e o início dos testes de desenvolvimento do Northstar.
O prazo evidencia a velocidade que a fabricante pretende alcançar com sua nova estrutura de engenharia e produção.
Segundo informações apresentadas pelo presidente-executivo Dave Limp durante o evento UP.Summit, a empresa já iniciou uma campanha de testes com acionamento do motor.
Limp também indicou que a companhia busca fabricar o Northstar por aproximadamente um quarto do custo de produção de um BE-4.
Entretanto, essa redução de custos representa uma meta econômica declarada pela Blue Origin, não uma economia comprovada publicamente por documentação financeira independente.
O anúncio oficial também não apresentou os custos individuais de matéria-prima, energia, inspeções e manutenção dos componentes fabricados por impressão 3D.
Por isso, não é possível calcular quanto cada motor custará efetivamente nem quanto a nova tecnologia reduzirá o preço de um lançamento espacial.
Northstar poderá substituir o BE-4 no foguete New Glenn
O Northstar passa a integrar a família de motores de propulsão da Blue Origin ao lado do BE-4.
Atualmente, o BE-4 equipa o primeiro estágio do New Glenn, foguete reutilizável da companhia. Sete motores trabalham em conjunto para impulsionar o veículo durante a fase inicial do lançamento.
O BE-4 também é utilizado no foguete Vulcan, da United Launch Alliance, que emprega duas unidades no primeiro estágio.
De acordo com declarações de Dave Limp, o plano é que o Northstar venha a substituir o BE-4 em futuras configurações do New Glenn.
Entretanto, essa transição ainda não possui um calendário de primeiro voo confirmado. A Blue Origin também pretende continuar produzindo o BE-4 para atender às necessidades da United Launch Alliance.
Portanto, o anúncio não significa que os foguetes operacionais já estejam utilizando o novo motor impresso em 3D.
Por que a impressão 3D interessa tanto à indústria espacial?
O projeto Northstar ilustra uma transformação mais ampla na fabricação de equipamentos aeroespaciais.
Em aplicações convencionais, produzir uma peça complexa pode exigir várias operações de usinagem, fundição, soldagem e montagem. Cada etapa acrescenta tempo, equipamentos e necessidades específicas de inspeção.
A manufatura aditiva pode reduzir parte dessas operações quando permite construir componentes integrados.
Além disso, o processo facilita a produção de geometrias internas que seriam difíceis de fabricar utilizando apenas ferramentas tradicionais.
Em motores de foguete, a tecnologia pode ser especialmente útil na fabricação de estruturas com canais de circulação de fluidos e sistemas de gerenciamento térmico. Entretanto, a Blue Origin não detalhou quais dessas aplicações foram utilizadas especificamente no Northstar.
Também existem desafios. A qualidade final depende do processo empregado, dos materiais escolhidos, do controle térmico e da detecção de defeitos internos.
Por isso, impressão 3D industrial não significa simplesmente produzir componentes sem acabamento ou inspeção. Muitas peças exigem tratamentos adicionais antes de serem aprovadas para utilização.
A principal vantagem está na liberdade de projeto e na possibilidade de integrar funções, desde que a peça final cumpra os requisitos de desempenho e segurança.
Motor ainda precisa comprovar desempenho em voo
O Northstar representa uma aposta significativa da Blue Origin em fabricação aditiva, mas ainda existe uma diferença entre anunciar as capacidades de um motor e demonstrá-las em operações espaciais.
A fabricante confirma o início dos testes de desenvolvimento e divulga números de massa, empuxo, componentes e tempo de montagem.
Entretanto, ainda não informou a data do primeiro voo, a configuração definitiva do lançador que utilizará o motor ou os resultados completos de sua campanha de testes.
Essas informações serão importantes para avaliar a confiabilidade e o desempenho operacional da nova tecnologia.
Mesmo com essas limitações, o projeto já apresenta uma proposta industrial relevante: fabricar a maior parte da massa de um grande motor por impressão 3D, reduzir pela metade o número de peças e aumentar o empuxo nominal.
Se os resultados anunciados se confirmarem na produção e nas operações, o Northstar poderá demonstrar como a manufatura aditiva ajuda a construir motores espaciais mais leves e simplificados.
Por enquanto, o avanço comprovadamente anunciado é a chegada do projeto à fase de testes, com uma arquitetura que coloca a impressão 3D no centro de sua fabricação.
