Как устроен завод частной космической компании Firefly Aerospace в Днепре (фото)

Американская компания Firefly Aerospace занимается разработкой сверхлегких транспортных ракет-носителей и уже провела 3 января 165-секундные испытания 4-х двигателей Reaver — последний важный тест перед запуском с авиабазы «Ванденберг» в Калифорнии. И по словам Director of International Business Development Алены Колесник, места в ракете уже распроданы на несколько лет вперед. Груз — спутники связи и наблюдения за Землей. 

В 2017 Firefly Aerospace перезапустил серийный предприниматель Макс Поляков. По разным оценкам, в компанию инвестировано от $75 млн до $100 млн. Идея предприятия в том, чтобы запускать в космос не большие дорогие ракеты, а легкие, коммерчески эффективные носители для доставки на орбиту небольших грузов. 

Центральный офис Firefly Aerospace — в Остине, Техас, а R&D-центр — в украинском Днепре. Там занимаются проведением исследований и изучением экспериментальных разработок в сфере технических наук.

По данным SpaceWorks, в космос ежегодно доставляется около 300 спутников весом от 1 до 50 кг. С исследованиями, сбором данных и отдельными задачами коммуникации давно справляются и небольшие аппараты. 

Однако развитие отрасли все еще тормозят методы их доставки — им приходится подстраиваться под редкие запуски тяжелых носителей класса Falcon или Ariane, вдобавок многим достаточно околоземной орбиты. Носитель Alpha от Firefly Aerospace призван решить эту задачу: если запуск Falcon 9 от SpaceX обойдется от $60 млн до $100 млн., то Alpha от Firefly Aerospace — $15 млн. 

Ракета Alpha предназначена для запуска грузов весом до 1 тонны на высоту до 200 км и около 600 кг на солнечно-синхронную орбиту 500 км. Также компания уже занимается носителем Beta, состоящим из трех ядер Alpha и модернизированного двигателя верхней ступени. Она будет стоить $35 млн, за которые она сможет поднимать груз весом до 4 тонн на низкую околоземную орбиту, до 3 тонн на солнечно-синхронную и 1 тонну на геостационарную.

Firefly Aerospace в Днепре занимает помещение в 4000 м² , оставшиеся от завода «Сфера» и в классическом понимании заводом не является. Firefly Aerospace — это продуктовая компания и зарабатывает не на продаже ракет или технологий, а на доставке грузов. Поэтому на заводе занимаются не производством серийных образцов, а R&D — поиском новых и оптимизацией существующих технических методов производства элементов ракет. 

Здесь получают ракетные агрегаты автоматики, детали камер сгорания и турбонасосных агрегатов. Например, для первой ракеты Alpha на заводе Firefly Aerospace уже разработали и произвели электропневмоклапаны для пневмоблока двигателя и пневмоуправляемые клапаны для подачи компонентов топлива. Следующими шагами станут огневые испытания, для которых уже строится специальные стенд, и полный цикл производства ракетных двигателей в Украине.

"С принятием закона №1071, разрешившего частным компаниям заниматься космической деятельностью в Украине, стало возможным проводить огневые испытания — это плюс. Бюрократизации в получении разрешительной документации на экспорт на практике пока меньше не стало, но я верю в лучшее", - Александр Дондик, директор завода Firefly Aerospace в Днепре.

В 2020 году в украинской команде Firefly Aerospace 200 человек — это проектанты, инженеры-конструкторы, технологи, токари, фрезеровщики, слесари и испытатели. 40% составляют именно инженеры-конструкторы. 19 из них являются кандидатами наук, 1 — доктор наук. Средний возраст работников составляет 30-35 лет. В большинстве это сотрудники, которых пригласили из смежной отрасли (например, КБ «Южное» и ЮМЗ). Кроме того, есть выпускники физтеха ДНУ, исторически готовившего в Днепре специалистов по ракетно-космической технике.

Завод разделен на четыре зоны: участок производства заготовок, участок доработки заготовок до посадочных размеров, участок контроля качества и испытаний, и заводоуправление.

Участок 3D-печати. Печатают разными металлическими порошками, преимущественно инконелем — жаропрочным никель-хромовым сплавом.

В 3D-принтере лазерный луч сплавляет металл в заготовки.

Установка очистки деталей от порошка после 3D-печати. Здесь с заготовки давлением снимается металлическая пыль.

"Традиционно заготовки деталей производились литьем, штамповкой, ковкой, прокаткой и другими методами. Однако они имеют ряд ограничений в получении сложных деталей, особенно со сложными внутренними поверхностями, узкими каналами или тонкими стенками. Аддитивные технологии, при правильном подходе, дают возможность обходить некоторые из этих ограничений, упрощают технологию, а также снижают сроки и стоимость изготовления деталей. То, что раньше (а у многих до сих пор) делалось 3 месяца, на заводе FireFly делается 3 дня. Вместе с новыми технологиями, топовым оборудованием для механической доработки заготовок и суперкомпьютерами для моделирования это и представляет ценность и все мире к этому идут, каждый своим путем", - Александр Дондик, директор завода Firefly Aerospace в Днепре.

Участок механической обработки заготовок

Фрезеровка

Фрезерная четырехкоординатная обработка деталей турбонасосного агрегата (ТНА) — насоса, который ставится на каждый ракетный двигатель, для подачи топлива и окислителя одновременно — керосина и кислорода, в данном случае.

Фрезерная обработка корпуса клапана. Клапаны нужны не только для управления подачей топлива, но также сжатого воздуха, азота, гелия, которые есть на борту ракеты. Гелий используется обычно вместо воздуха в высотных ступенях — у него больше энергоемкость, он лучше сжимается, его можно больше по объему закачать в баллон, при этом он не боится низких температур.

На станке доводится до финальных размеров выпускной коллектор турбонасосного агрегата — через него выходят горячие газы, продукты сгорания, которые раскручивают турбину. На одном валу стоит турбина, на которую подается горячий газ, дальше стоит насос окислителя, дальше стоит насос горючего. И это все соединено одним валом и у них полная синхронизация между собой — два насоса и одна горячая полость, которая раскручивает эти два насоса.

Фрезерная обработка детали типа «пластина».

Токарно-фрезерная обработка сварочной оснастки на пятикоординатном обрабатывающем центре. На фотографии на станке находится деталь поддержки, сделанная на этом же станке.

Токарно-фрезерная обработка сварочной оснастки на пяти координатном обрабатывающем центре.

Пятикоординатные обрабатывающие центры — такой станок позволяет обрабатывать большие детали с очень высокой скоростью резки металла и точностью до 5 микрон. «Одно из лучших изобретений в мех-обработке» — говорит нам его оператор.

Токарная обработка

Фрезерная обработка детали типа «пластина».

Токарная обработка корпусной детали клапана. Именно здесь полученную на 3D-принтере заготовку вгоняют в «посадочные размеры» — в микроны, деталь-в-деталь.

Револьверная головка обрабатывающего центра с ЧПУ — на такой головке крепится сразу несколько инструментов, которые автоматически работают и меняются согласно алгоритму.

Внутренняя расточка отверстия детали клапана на обрабатывающем центре с ЧПУ.

Другие методы обработки

Роботизированный сварочный комплекс. Сварка деталей клапана методом аргонодуговой сварки TIG.

Муфельная печь для термической обработки металла — закалка, отпуск и старение Инконеля, титановых и других специальных нержавеющих сплавов при температуре около 1300 ℃.

Процесс выемки контейнера с деталями из печи. Например, титан, требует термообработки.

Процесс термической обработки металла. Он предусматривает циклические нагревы деталей и затем глубокое «захолаживание» (температура ниже −70 ℃ ). В зависимости от марки обрабатываемого материала может быть 1- 4 цикла «нагрев — охлаждение».

Отрезка заготовки на ленточной пиле.

Контроль качества и испытания

Измерительная рука на участке сборки. Процесс обмера геометрии деталей ТНА.

Измерительная рука. Процесс обмера геометрии деталей ТНА.

Процесс контроля геометрических размеров с помощью координатно-измерительной машины.

Испытательный участок агрегатов автоматики.

Электроника

Электротехническая лаборатория. Здесь была создана электронная начинка центра управления испытаниями ракетного двигателя и система снятия его телеметрических показаний.

Процесс намотки электрических катушек для электромагнитных клапанов. Намоточный станок. Обеспечивает укладку проволоки виток к витку и натяжку, при этом не нарушает изоляционного покрытия провода. Катушки, изготовленные на предприятии, не боятся ни воды, ни холода ( −70 ℃), ни жары (+120 ℃).