Напечатанный спутник: как в «Сколково» создают 3D-принтер для МКС
Во время интервью мобильный Федора Антонова, гендиректора компании «Анизопринт», звонил не переставая, что нервировало и корреспондентов Sk.ru, и их собеседника. Когда Федор все-таки ответил настойчивому абоненту, оказалось, что им был индиец, хорошо говорящий по-русски и твердо вознамерившийся купить принтер для трехмерной печати, разработкой которого занимается «Анизопринт». Международной известности этот стартап, резидент кластера ядерных технологий, новых промышленных технологий и материалов Фонда «Сколково», удостоился после обнародования планов создания 3D-принтер для МКС. Напечатанный на нем материал, обещает Антонов, будет в 15 раз прочнее производимого американским принтером, который вот уже два года работает на орбите
Интервью Sk.ru руководитель «Анизопринта» дал вскоре после возвращения из образовательного центра «Сириус» в Сочи, где он вместе с представителями другой сколковской команды, «Спутникс» (космический кластер Фонда) участвовал в проектной смене для одаренных детей. «В рамках трека по космическим системам мы изготовили прототип принтера для МКС, который затем показали посетившему «Сириус» президенту Путину, - рассказывает Федор Антонов. - Изначально это был работающий земной принтер с рабочей областью, рассчитанной таким образом, чтобы можно было печатать солнечные батареи для «Авторы» [«Таблетсат-Аврора» массой 26 кг в июне 2014 года был выведен на низкую околоземную орбиту и стал первым российским частным микроспутником - прим Sk.ru]. - Перед ребятами стояла задача адаптировать принтер и к концу смены доказать экспертам, что он сможет работать на МКС. Сообща мы сформулировали ТЗ, продумали последовательность необходимых шагов, изготовили образцы материала, испытали их в термовакуумной камере, проанализировали, что происходит с ним в условиях, воспроизводящих условия в космосе. Вторая задача, которую пытались решить ребята, - что делать с продуктами плавления пластика, выделяемыми в процессе работы принтера. Ведь нагрузку на систему очистки воздуха на МКС увеличивать нельзя».
Федор Антонов демонстрирует прототип принтера и изделие из напечатанного на нем прочного материала на Startup Village. Фото: Sk.ru
Смена в «Сириусе» стала первым серьезным опытом практической реализации проекта 3D-принтера для орбитальной станции, о котором «Анизопринт» и «Спутникс» объявили весной этого года. Идейными вдохновителями проекта были разработчики «Спутникса», заинтересованные в развитии аддитивного производства в космосе, которое хорошо вписывается в концепцию спутников-конструкторов. «Мы видим за этими технологиями будущее, - рассказывал Sk.ru гендиректор «Спутникс» Андрей Потапов. - Многим известны идеи, связанные с производством на орбите новых материалов, конструкций, вплоть до изготовления космических аппаратов, причем в качестве источника материалов рассматриваются даже астероиды. Реализация этих планов связана со многими технологическими трудностями. Не дожидаясь, когда астероид доставят на околоземную орбиту, мы решили отработать элементы технологий изготовления и сборки спутников в космосе».
Обратив внимание на разработки «Анизопринта» в области создания 3D-принтера для печати композитами, армированными непрерывными волокнами, в «Спутниксе» сначала заказали несколько деталей для спутника, а затем предложили сообща развивать амбициозный проект - принтер для МКС. «Как мне потом рассказывал коммерческий директор «Спутникса» Стас Карпенко, он долго вынашивал эту идею и искал партнеров для ее реализации, - вспоминает Антонов. – Наша технология - революционное решение, сочетающее в себе невысокую стоимость оборудования, характерную для персональных пластиковых принтеров, и возможность изготовления силовых конструктивных элементов. Мы предполагаем, что на орбите получится печатать детали спутников из углепластика, практически такого же, из которого на Земле делают корпуса больших спутников, панели солнечных батарей, антенные рефлекторы и множество других элементов космических аппаратов».
Журнал «Популярная механика», который недавно посвятил разработке «Анизопринта» большую статью, пишет, что этому стартапу, созданному всего год назад несколькими сотрудниками Сколтеха, удалось соединить в своей работе два мощных тренда в современном материаловедении: трехмерную печать и создание композитных материалов. «Самый популярный из них - углепластик, запеченная в автоклаве матрица на основе эпоксидной смолы, армированная углеволокном. Углепластик легче и прочнее многих металлических сплавов, но производство деталей из него - это чисто промышленная, экологически грязная и довольно дорогая технология, которую крайне сложно воспроизвести в условиях небольшой мастерской или лаборатории. Зато для прототипирования в «гаражных» условиях отлично подходят 3D-принтеры, печатающие пластиком. Форсунка печатающей головки капля за каплей формирует из жидкого пластика деталь согласно компьютерной модели, затем пластик отверждается. Такой принтер легок, компактен, стоит уже не так дорого, но напечатанные на нем детали обладают низкой конструктивной прочностью. Сделать модель можно, рабочую конструкцию, испытывающую нагрузку, - нет. А что если пластик прямо в процессе печати армировать углеволокном? Собственно, вокруг этой идеи и возникла фирма «Анизопринт».
Что до идеи трехмерной печати на Международной космической станции, то она витает в воздухе. Первым в практическую плоскость ее перевел американский стартап «Made In Space». Это частная компания, созданная специально для разработки орбитального принтера и финансируемая NASA, рассказывает Антонов. По его словам, американское устройство использует в работе АБС-пластик и пригодно в основном для печати вспомогательного инструмента и прототипов устройств. «Смысл этого принтера, скорее, исследовательский. Он был доставлен на орбиту в сентябре 2014 года, а первое изделие на нем напечатали несколько месяцев назад. Это пластиковый гаечный ключ, использовать который по прямому назначению проблематично». Принтер, который разрабатывают российские компании, будет печатать композитным материалом по технологии FDM (Fused Deposition Modelling, изготовленипе объъектов путем послойной наплавки). Это один из самых распространенных процессов изготовления концептуальных и функциональных прототипов и в силу ряда причин (отсутствие гравитации, излишков электроэнергии и воздуха и т.д.) единственно возможная в условиях космоса технология. По уверению гендиректора «Анизопринта», прочность материала будет достигать 750 мегапаскалей, тогда как у американского принтера на МКС она составляет 50 мегапаскалей.
«Американский принтер доставили на орбиту в 2014, первое изделие на нем напечатали несколько месяцев назад. Это пластиковый гаечный ключ, использовать который по прямому назначению проблематично»
Изготовление спутников на орбите сделает их более легкими (и, следовательно, дешевыми) и отказоустойчивыми, прогнозирует Федор Антонов: «Пока спутники проектируются с учетом пусковых нагрузок, которые они испытывают на этапе вывода на орбиту. Корпуса делают прочными, способными выдержать нагрузки при запуске». Главным минусом переноса производства на борт МКС он называет очень дорогое время космонавтов – даже самый ценный специалист на Земле обойдется дешевле. По этой причине принтер Made In Space может управляться дистанционно – с Земли.
Помимо решения перспективной технологической задачи инициаторы проекта обращают внимание на образовательный компонент. Не исключено, что дети, победившие в российских инженерных олимпиадах, смогут дистанционно напечатать на орбите элементы конструкции микроспутника, который затем соберут космонавты для последующего вывода в космос. Помощь в методическом сопровождении работ оказывает Московский политехнический университет (МПУ), имеющий опыт проведения инженерно-проектных школ и, в частности, организовавший среди российских школьников инженерную Олимпиаду НТИ (Национальная технологическая инициатива) в апреле этого года. По словам Александра Шаенко, руководителя образовательной программы «Современная космонавтика» в МПУ, орбитальное производство – это передний край «взрослой» космонавтики. «Для школьников и студентов работа с тем, что еще недавно казалось фантастическим, что только входит в жизнь, это здорово и интересно. Это новые возможности для творчества и ключ к освоению новых навыков, необходимых в перспективных, нарождающихся областях человеческой деятельности, - убежден Александр. - Новые производственные технологии, а частности, аддитивное производство, адаптированное под использование на орбите, откроют мир космонавтики для тысяч юношей и девушек и сделают освоение космоса доступнее. Московский политехнический университет поддерживает подобного рода проекты в стремлении дать своим абитуриентам и студентам настоящие, современные знания и навыки».
Проект трехмерной печати на МКС предполагается реализовать в несколько этапов, причем самым сложным и долгим обещает стать бюрократическая стадия проекта. «Есть регламент и определенные правила того, как организовать эксперимент на МКС. Заказчиком может быть в том числе частная компания – ей необходимо отправить заявку в ЦНИИмаш. По словам разбирающихся в процедуре людей, этот путь может занять от 3 до 5 лет», - сообщил Федор Антонов. В том, что касается административного сопровождения проекта, он рассчитывает на возможности «Спутникса».
«Анзипоринт» же сосредоточится на технологической составляющей: «Для нас приоритет – вывести на рынок продукт и начать получать прибыль. У компании несколько основных направления работы. Первое - наладить к концу года мелкосерийное производство основного продукта, персонального 3D-принтера, основными заказчиками которого мы видим небольшие технологические компании, выпускающие робототехнику, беспилотники, медицинские изделия и т.д. Второе направление – изготовление промышленных головок для принтеров. Основной наш рынок в будущем связан с промышленными решениями. Мы заняты разработкой системы для изготовления определенного типа деталей на основе нашей технологии и надеемся продемонстрировать ее широкой публике на «Открытых инновациях», - говорит собеседник Sk.Ru