Fabricación aditiva para el nuevo espacio europeo

16 de enero de 2023 | Tiempo de lectura: 5 min

La industria del Nuevo Espacio, desde sus inicios, estuvo fuertemente centrada en Estados Unidos, pero con la aparición de nuevas tecnologías y organizaciones privadas que invierten en la nueva industria espacial, ese enfoque geográfico se ha ampliado para incorporar a más partes del mundo. En este artículo exploraremos la globalización del Nuevo Espacio con tecnologías de frontera, como la fabricación aditiva y el creciente papel de Europa.

El avance del Nuevo Espacio en Europa

En la carrera espacial original, los países se enfrentaban por ser el primero en salir de la atmósfera, el primero en aterrizar en la Luna, etcétera. Pero con el Nuevo Espacio, esas fronteras nacionales empiezan a derrumbarse. La industria espacial ya no es sólo una aventura para las instituciones gubernamentales, sino que las empresas independientes están comenzando gradualmente a ocupar una mayor parte de la industria, trayendo consigo la experiencia, el espíritu pionero, enormes cantidades de financiación privada y capital de riesgo, y (literalmente) ambiciones fuera del mundo. Son muchos los avances técnicos que han impulsado esta nueva ola espacial, como las tecnologías avanzadas de fabricación, la miniaturización de los satélites y sus componentes, los sistemas de lanzamiento reutilizables, los dispositivos de comunicación por láser, el encendido por láser y la inteligencia artificial.

En conjunto, Europa cuenta con una de las infraestructuras espaciales más avanzadas, con numerosas operaciones gubernamentales y privadas que contribuyen al avance de la industria espacial. No es de extrañar, ya que la excelencia industrial, científica y académica de estos países lleva décadas ampliando los límites de la tecnología. Dado que muchos de estos avances, como la fabricación aditiva, tienen aplicaciones directas y muy beneficiosas para la exploración espacial, y con un historial tan sólido en este campo y una infraestructura tan relevante, es lógico que Europa se implique y desempeñe un papel clave en la industria NewSpace y su futuro. 

El mercado europeo -y en particular el alemán- de los actores del Nuevo Espacio está creciendo. La "nueva" ambición y el entusiasmo por el Nuevo Espacio, encendidos por el espíritu emprendedor y visionario de las nuevas empresas que se incorporan al sector, también han llegado a Europa en los últimos años. Ha habido varias empresas muy sólidas como Isar Aerospace, HyImpulse y Rocket Factory en Alemania, Orbex y Skyrora en Gran Bretaña, así como PLD Space y Pangea Aerospace en España.

EOS se ha asociado con grandes empresas espaciales y start-ups de todo el mundo, como su socio de habilitación de pruebas de concepto (POC) y como proveedor de soluciones fiables de AM en serie, incluida la personalización de la solución AM a las necesidades específicas de la industria. La principal contribución de EOS ha sido mejorar el acceso de los nuevos actores del sector espacial a la tecnología de fabricación esencial para realizar y fabricar sus ambiciosos conceptos de forma rápida, fiable y rentable, cumpliendo al mismo tiempo sus objetivos de rendimiento. 

Este espíritu emprendedor típico del Nuevo Espacio también ha sido fomentado por la Agencia Espacial Europea (ESA ) a través de ESA Space Solutions, que consiste en una red de numerosos BIC (Centros de Incubación de Empresas) en toda Europa. He aquí dos excelentes ejemplos de organizaciones y proyectos del Nuevo Espacio que prosperan actualmente en Europa y de cómo la fabricación aditiva ha contribuido significativamente a su desarrollo:

Prometheus de la ESA

El Grupo Ariane, el Centro Nacional Francés de Estudios Espaciales (CNES) y la ESA colaboran en el proyecto PROMETHEUS, una serie de nuevos motores para cohetes de propulsión líquida diseñados para ser económicos, flexibles y reutilizables. El objetivo del proyecto es diseñar, producir y probar un motor avanzado de 100 toneladas de oxígeno líquido (LOx) y metano (LCH4). Este motor se está diseñando para que sea reutilizable a fin de reducir el coste y el impacto medioambiental. También se pretende que sea flexible en su funcionamiento, con empujes variables y múltiples ajustes de ignición que permitan un uso más amplio para diferentes tipos de lanzamiento.

Hasta ahora, se habían fabricado pocas piezas de motores de cohetes con un papel funcional y estructural principal mediante fabricación aditiva. El proyecto PROMETHEUS pretende cambiar esta situación aprovechando la flexibilidad de diseño de la AM y la reducción del tiempo de producción. Hasta el 70% del peso del motor del proyecto PROMETHEUS se construirá mediante fabricación aditiva. El resultado previsto es optimizar procesos que favorezcan la producción rápida de componentes de motor de bajo coste, al tiempo que se reduce el número de piezas, se acelera la producción y se reducen las mermas. Un buen ejemplo de cómo la fabricación aditiva está haciendo evolucionar los componentes de este proyecto es la turbobomba monoeje de Ariane, que se ha diseñado y producido específicamente para los motores PROMETHEUS. Estos esfuerzos se traducirán en una enorme reducción de los costes y la complejidad de los lanzamientos, lo que permitirá a la industria espacial europea ser más competitiva a escala internacional.

Isar Aerospace

Uno de los éxitos más destacados del ESA BIC Bavaria ha sido la empresa Isar Aerospace Technologies GmbH, con sede en Múnich, que toma su nombre del río Isar, que atraviesa la ciudad.  

Isar Aerospace trabaja para que el acceso al espacio sea más flexible y asequible para satélites pequeños y medianos, así como para constelaciones de satélites. El lanzador Spectrum de Isar se ha desarrollado íntegramente en la empresa, utilizando una combinación de materiales y tecnologías avanzados. Uno de los objetivos de Isar es reducir drásticamente las emisiones de los cohetes de lanzamiento sustituyendo los combustibles tóxicos convencionales por sus mezclas de hidrocarburos. Para ello, Isar pretende construir el primer motor LOX/Hidrocarburo de alto rendimiento como alternativa a los motores de combustibles tóxicos. Isar Aerospace está probando actualmente el primero de sus cohetes, y en camino de asegurar su primer lanzamiento en 2023. 

La fabricación aditiva ha desempeñado un papel fundamental en el éxito de Isar Aerospace en el desarrollo tanto del lanzador Spectrum como del motor, en el que EOS ha participado directamente. Cuando los requisitos de la empresa en materia de fabricación aditiva superaron lo que se podía conseguir con las máquinas "estándar", Isar Aerospace se asoció con EOS y AMCM para crear una máquina a medida que les permitiera utilizar la fabricación aditiva exclusivamente de forma interna y ampliar los límites de lo que se puede conseguir. Para Isar Aerospace, la fabricación aditiva ofrece el equilibrio perfecto entre maleabilidad y progresión. Permite el desarrollo de geometrías complejas que pueden alcanzar rápidamente sus ambiciosos objetivos de rendimiento, cumpliendo plazos exigentes a lo largo del proceso de creación de prototipos y fabricación, así como garantizando un mayor volumen de entrega de piezas durante la fase de aceleración.

La fabricación aditiva ha abordado directamente la reducción de los costes de complejidad en la industria espacial, optimizando las piezas más pesadas, las que requieren más tiempo de entrega y las más complejas y costosas, como el conjunto de la cámara de empuje. Esto ha requerido la personalización de sistemas y procesos específicos para cada aplicación, lo que ha sido posible gracias a AMCM. La AMCM M 4K viene con más volumen de construcción. La AMCM M 4K ya se ha establecido en la cadena de suministro de New Space como un sistema fiable para piezas de misión crítica, con una de las mayores bases instaladas. Permite un gran volumen de construcción de 450x450x1.000 mm con opción de manipulación de polvo para funcionamiento manual o semiautomático.

Cuando quisimos mejorar nuestros procesos de fabricación aditiva, optamos por utilizar la AMCM M 450. Esta máquina estable de EOS, que gracias a la personalización realizada por AMCM, ahora puede proporcionar el espacio de construcción necesario que exige el diseño de nuestro motor.

Queremos conseguir una alta utilización de las máquinas, por lo que el tiempo de no utilización entre trabajos de impresión es un parámetro importante que debe reducirse. En concreto, estoy pensando en una gestión del polvo totalmente automática (es decir, aspiración, tamizado y rellenado), en la que estamos trabajando con AMCM para determinar resultados más eficaces.

Christian Wenzl, Director de Fabricación de Isar Aerospace

Dando forma al futuro del nuevo espacio

La fabricación aditiva ha facilitado considerablemente el diseño y la producción de piezas en el sector del nuevo espacio. Ha permitido a las empresas mejorar continuamente los procesos de producción y las capacidades de las piezas fabricadas, pero para sacar el máximo partido de estos avances es necesario integrarlos con otras tecnologías.

La próxima generación de lanzadores, motores y módulos de las empresas del nuevo espacio se verá facilitada fundamentalmente por la continua evolución de tecnologías como el diseño digital, la inteligencia artificial, los nuevos materiales y los métodos de fabricación, como la fabricación aditiva. Además de las grandes constelaciones de satélites como Starlink de SpaceX o Kuiper de Amazon, recientemente la UE ha anunciado su propia constelación IRIS². A medida que surgen más empresas en toda Europa especializadas en el espacio y las industrias relacionadas, el futuro del espacio es innegablemente global.

Autor: Vinu Vijayan