Interstellar Technologies setzt auf 3D-Druck um Japans Wettlauf ins All zu fördern

SpaceX, NASA, ESA, Relativity Space, Blue Origin… was haben all diese Firmen gemeinsam? Sie alle nutzen die additive Fertigung in der Weltraumforschung. Und obwohl diese Liste viele Beispiele aus Europa und den USA enthält, beteiligen sich auch andere Unternehmen auf der ganzen Welt am „Wettlauf ins All 2.0“ mit 3D-Druck. Eines dieser Unternehmen ist Interstellar Technologies. Das japanische Startup machte Anfang des Jahres Schlagzeilen: Japan bestätigte sein Ziel, ein starkes Raumfahrtprogramm zu entwickeln. Hierfür genehmigte die japanische Regierung in Zusammenarbeit mit Toyota eine umfangreiche Finanzierung von Interstellar Technologies. Um mehr über Interstellar und seine zukünftigen Projekte zu erfahren, sprachen wir mit Satoshi Nakayama aus der Führungsetage von Interstellar Technologies.

3DN: Könnten Sie sich kurz vorstellen und uns sagen, wie Sie zum 3D-Druck gekommen sind?

Satoshi Nakayama

Mein Name ist Satoshi Nakayama, ich bin Vorstandsmitglied und Vizepräsident für Trägerraketen bei Interstellar Technologies Inc. Bevor ich zu Interstellar kam, war ich 12 Jahre lang bei der Mitsubishi Precision Company beschäftigt, wo ich als Projektleiter für die Entwicklung von Navigationssensoren für Raketen der japanischen Regierung tätig war und Erfahrungen an vorderster Front in der japanischen Raumfahrtindustrie sammeln konnte. Im Jahr 2021 kam ich zu Interstellar, wo ich in den Bereichen Avionikentwicklung, Zuverlässigkeitsdesign und Qualitätskontrolle tätig war. Im Mai letzten Jahres wurde ich zum Vizepräsidenten für Trägerraketen ernannt.

Während meiner Arbeit an den von der Regierung betriebenen Raketen hatte ich das Gefühl, dass die traditionelle und risikoscheue Natur der japanischen Raumfahrtindustrie die Einführung neuer Technologien und Innovationen erschwert. Die Arbeit an Interstellar ist eine andere Erfahrung, da wir es wagen, mit Konventionen zu brechen und uns neuen Herausforderungen zu stellen. Ich sehe die Aufgabe von Interstellar darin, den Wandel in der japanischen Raumfahrtindustrie voranzutreiben.

ZERO, unser Orbitalfahrzeug, ist voll von neuen Lieferanten, innovativen Komponenten und Technologien. Mit dem erfolgreichen Start von ZERO wollen wir diese Herausforderungen in bewährte Erfolge umwandeln und damit nicht nur zur Expansion der japanischen, sondern auch der asiatischen Raumfahrtindustrie und zur Stärkung ihrer Lieferkette beitragen.

3DN: Was ist das Ziel von Interstellar Technologies und wie kam es zur Gründung des Unternehmens?

Interstellar Technologies ist ein 2013 gegründetes japanisches Startup, das sich dem Aufbau einer erschwinglichen und zugänglichen Weltrauminfrastruktur verschrieben hat und eine Zukunft anstrebt, in der der Weltraum für alle zugänglich ist. Wir haben sieben Starts durchgeführt, darunter drei erfolgreiche suborbitale Starts, wodurch Interstellar das erste private japanische Unternehmen ist, das den Weltraum erreicht hat. Unser Team ist inzwischen auf mehr als 200 Mitarbeiter in vier verschiedenen Niederlassungen in ganz Japan angewachsen.

Wir entwickeln derzeit die ZERO-Orbitalrakete und Our Stars-Satellitendienste mit dem Ziel, Japans erstes vertikal integriertes Raketen- und Kommunikationssatellitengeschäft aufzubauen.

3DN: Können Sie uns sagen, wie Sie die additive Fertigung für die Herstellung von Raketen nutzen? Welche Vorteile bietet die additive Fertigung für Raumfahrtanwendungen?

Bei der Herstellung von Raketen wird die additive Fertigung eingesetzt, um die Flexibilität der Konstruktion und die Effizienz der Produktion zu verbessern. Einer der wichtigsten Vorteile ist die Möglichkeit, komplexe Komponenten wie Triebwerksteile und Turbopumpen in eine einzige Struktur zu integrieren. Dies führt zu weniger Komponenten, geringerem Gewicht, höherer Festigkeit und größerer Zuverlässigkeit und trägt damit zur Gesamtoptimierung der Rakete bei.

ZERO verwendet zum Beispiel eine Turbopumpe, die ein Flügelrad in Bewegung setzt, um den Motor mit Treibstoff zu versorgen. Diese Turbopumpe wird von einem Gasgenerator (GG) angetrieben, einem kleinen Raketentriebwerk, das flüssiges Methan und flüssigen Sauerstoff verbrennt. Das Verbrennungsgas wird zu den Turbinenschaufeln geleitet, die die Turbopumpe antreiben.

Die in der ZERO verbaute Turbopumpe

Der GG arbeitet bei etwa 400 °C, einer relativ niedrigen Temperatur, und verfügt über eine kugelförmige Brennkammer. Um die Produktionskosten zu senken, wird die Kammer mit einer 3D-gedruckten Form gegossen, die mit Inconel, einer hitzebeständigen Legierung, gefüllt ist.

Außerdem wird die Einspritzdüse, die den Kraftstoff in die Verbrennungskammer einspeist, aus rostfreiem Stahl 3D-gedruckt. Da Einspritzdüsen präzise interne Strömungskanäle benötigen, um komplexe Sprühmuster zu erzeugen, ermöglicht die additive Fertigung komplizierte Geometrien mit weniger Komponenten und Bearbeitungsschritten.

Darüber hinaus wird der Turbinenverteiler der Turbopumpe, der das GG-Rauchgas zur Turbine leitet, aus Inconel in 3D gedruckt und in die Turbopumpenstruktur integriert. Dieser Ansatz ermöglicht ein leichtes und dennoch aerodynamisches Design und beinhaltet gleichzeitig hocheffiziente interne Strömungskanäle für eine optimale Gasverteilung zur Turbine.

Durch den Einsatz des 3D-Drucks können Teile, deren Herstellung mit herkömmlichen Guss- und Präzisionsbearbeitungsverfahren Monate dauerte, jetzt effizienter hergestellt werden. Dies beschleunigt die Entwicklung bei Interstellar und ermöglicht schnellere Innovationen in der Raketentechnologie.

3DN: Sie haben eine Förderung von Unternehmen wie Toyota und von der japanischen Regierung erhalten. Wie wollen Sie damit Japans Präsenz im Weltraum stärken? Welche Rolle wird AM hierbei spielen?

Die Nachfrage nach Kleinsatellitenstarts ist exponentiell gestiegen, und einige Länder haben besser Schritt gehalten als andere. So hatten die Vereinigten Staaten und China im Jahr 2024 158 bzw. 68 Starts, während Japans Startfrequenz auf nur sieben pro Jahr beschränkt war.

Um dem entgegenzuwirken, hat sich die japanische Regierung das Ziel gesetzt, bis Anfang 2030 etwa 30 Starts pro Jahr im Inland durchzuführen, um die verschiedenen nationalen und internationalen Startanforderungen zu erfüllen. Interstellar wurde für das SBIR-Programm ausgewählt, ein Programm der japanischen Regierung zur Förderung der Entwicklung von Raumfahrttechnologien, aus dem wir bis zu 8 Mrd. Yen (circa 48 Millionen Euro) erhalten haben.

Die strategische Kapital- und Geschäftsallianz mit Woven by Toyota, Inc., einem Unternehmen der Toyota-Gruppe, zielt darauf ab, das Know-how von Toyota in Schlüsselbereichen wie Kostenoptimierung, Verkürzung der Vorlaufzeiten und Aufbau eines Massenproduktionssystems für Trägerraketen einzubringen. Gemeinsam wollen wir die Lieferkette und die Unternehmensführung stärken, mit dem Ziel, die Massenproduktion von Raketen voranzutreiben, um international wettbewerbsfähige Startdienste anzubieten und Asiens Zugang zum Weltraum zu erweitern.

Der Hauptsitz von Interstellar in Taiki, Mie Präfektur

Was die additive Fertigung betrifft, so werden in der Raketenentwicklung weltweit immer mehr große Komponenten wie Treibstofftanks und Brennkammern im 3D-Druckverfahren hergestellt.

Die additive Fertigung bietet erhebliche Vorteile, wie weniger Bauteile, geringeres Gewicht, höhere Festigkeit und größere Zuverlässigkeit. Bei Interstellar arbeiten wir aktiv daran, die Anwendung des 3D-Drucks durch die Entwicklung neuer Fertigungsverfahren und Materialien zu erweitern.

Durch die Weiterentwicklung dieser Technologien wollen wir die Wettbewerbsfähigkeit des ZERO-Marktes verbessern und zum Wachstum der japanischen Raumfahrtindustrie sowie zur Stärkung ihrer Lieferkette beitragen. In Zukunft werden wir weiterhin neue Möglichkeiten in Design und Herstellung erforschen, um die Grenzen der Raumfahrttechnologie zu erweitern. Weitere Informationen über Interstellar finden Sie auf unserer Website HIER.

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*Bildverweise: Interstellar Technologies