Günümüzde katı roketler, görece az yer kaplamaları, yüksek itme-ağırlık oranı sunmaları ve çok hızlı bir şekilde fırlatılabilmeleri nedenleriyle birçok askeri uygulamaya egemen olmuşlardır. Bu arada, sıvı çift yakıt (bipropellant) roketler, yörünge fırlatma aracı ve uzay aracı tahrik sistemleri arasında yakıt verimliliği sağlamaları, yüksek özgül itme kuvvetine sahip olmaları ve ihtiyaç anında kısılıp tekrardan ateşlenebilir olmaları nedenleriyle aslan payına sahiptir.
Katı yakıtı sıvı bir oksidan (oxidizer) ile birleştiren hibrid roket motorları, ani fırlatma ve kısılıp tekrardan ateşlenebilirliği de içeren iki teknolojinin en iyi özelliklerini bir araya getirir. Daha da önemlisi, ticari uzay nakliyesi kullanımı için hibrid roket motorları katı veya sıvı yakıt motorlarına oranla çok daha güvenlidir. Fakat hibrid motorlarının üzerinde uzun yıllar çalışmalar yapılmasına rağmen, bu motorların performans değişkenliği göstermesi, yüksek geliştirme maliyetleri, düşük performans verimliliği ve yüksek hacimli üretime ölçeklenmesinin yetersiz olmasından dolayı çok fazla kullanılamamıştır.
Katı tanecikler oluşturmak için geleneksel yöntemler olan sentetik kauçuk ve mum yakıt döküm metodunun yüksek işçilik ve pahalı kalıplar gerektirmesi, taneciğin strese dayanımını artırmak için yoğun iç ağ yapısı oluşturma malzemeleri kullanımını zorunlu hale getirmesi zorlukların bir kısmıdır. Ayrıca bu yöntemler tanecik hatalarına eğimli ve gelişmekte olan ticari uzay nakliye endüstrisinin yüksek uçuş oranı gereksinimlerine göre ölçeklendirilememektedir.
Hibrid katı yakıt tanecikleri tipik olarak bir veya daha fazla tanecik boyunca uzanan silindir şeklinde iç boşluğa sahip üretilmektedir. Bu boşluklar sıvı oksitleyicinin akmasını ve yakıt ile karışmasını sağlar. Bu karışım, ısıyla birlikte haznede yüksek basınç oluşturur ve genleşen gaz roketin nozülünden geçerken itme kuvvetini oluşturur. Azot oksit (N2O) benzeri sıvı oksitleyici bir tank içinde ayrı bir yerde depolanır. Sıvı oksitleyicinin ve katı yakıtın iki farklı fazda olması hibrid roketleri diğer roketlerden daha emniyetli kılan husustur.
Rocket Crafters Inc. 2010 yılının Ekim ayında Paul Larsen, Ron James ve Steve Edwards tarafından kurulmuştur. Rocket Crafters firmasının işlemleri sürmekte olan bir patent ile korunmakta olan Doğrudan Dijital İleri Roket Teknolojisi (D-DART: Direct Digital Advanced Rocket Technology); yüksek performanslı hibrid roket yakıt tanecikleri imal etmek için katmanlı üretim teknolojilerinin karmaşık yapıları benzersiz hassasiyetle üretme avantajını kullanmaktadır. Manuel döküm yöntemleri kullanılarak yapılan hibrid roket motorları ile karşılaştırıldığında Rocket Crafters firmasının bu teknolojisinin birim üretim maliyetlerinin % 50 daha düşük ve teslimat sürelerinin de % 60 daha hızlı olacağı öngörülüyor. “Birçok katmanlı üretim yöntemini ve malzemesini denedik,” diyor Ron Jones, Rocket Crafters’ın başkanı ve CTO’su. “Stratasys’in Fortus 3D İmalat Sistemleri platformu ve Akrilonitril Bütadien Stiren (ABS) termoplastiğinin; büyük tanecik bölümlerini yüksek mekanik özelliklerle, kimyasal olarak kararlı, mükemmel hassasiyet ve verimlilikle üretmek için ideal kombinasyona sahip, sanayi ölçekli bir üretim platformu olarak sunduğunu belirledik. Testlerimiz, bu uygulama için Fused Deposition Modeling (FDM) ve ABS’nin avantajlarını doğruladı”. Bütün Fortus 3D İmalat Sistemleri’ni destekleyen FDM Teknolojisidir – bu teknoloji CAD dosyalarından alınan veriyi kullanarak termoplastik parçaları katmanlar halinde üreten katmanlı bir üretim sürecidir.
ABS termoplastiğin yüksek butadiyen içeriği, ek katkı maddeleri eklendiğinde, HTPB (hydroxyl-terminated polybutadiene) ve parafin mumları gibi geleneksel hibrid yakıtlara göre çok daha yüksek itiş gücü ve özgül itici kuvvet sağlama potansiyeline sahiptir.
D-DART, yakıt taneciğini ve diğer motor bileşenlerini (“pre-combustion chamber”, “post-combustion chamber” ve nozül), roketin katı bölümünü oluşturmak amacıyla yüksek dayanımlı karbon fiber ile sarmak için ikinci bir CAD destekli robotik sistem – kompozit filament sargı sistemi – daha kullanmaktadır. FDM ve robotik kompozit filament sargı ekipmanlarının birleşimi çok verimli 2 aşamalı bir üretim süreci oluşturmaktadır. Tüm süreç CAD temelli olduğundan, farklı tipte ve boyutta fırlatma araçları, uzay araçları ve füzeler için özel roket motorları hızlıca ve düşük maliyetlerle üretilebilmektedir.
Utah State Üniversitesinde yerde yapılan ilk ateşleme testlerinde, D-DART yakıt taneciklerinin performansı geleneksel HTPB taneciklerle karşılaştırıldı. D-DART tanecikleri %97,5 tutarlılık gösterirken, HTPB tanecikleri %87 tutarlılık gösterdi. Ayrıca, D-DART tanecikleri HTPB ile fark yaratacak miktarda özgül itici kuvveti oluşturdu. Rocket Crafters, Utah State Üniversitesinde roket itme gücü üstüne çalışan, eski NASA bilim adamı, Dr. Stephen Whitmore ve Stratasys dâhil olmak üzere firmanın sektördeki birçok ortağı ile işbirliği içinde; üniversite tarafından üretilen araştırma roketlerinde roket motorlarını test uçuşuna çıkartmayı ve sonrasında da askeri ve ticari uygulamalar için yeni roket teknolojisini ticarileştirmeyi planlıyor.
“Rocket Crafters ticari uzay uçuşları ve birçok askeri uygulamada hibrid roketlerin tercih edilen seçenek olması için gereken teknolojiyi oluşturuyor” diye ekliyor Jones. “Katmanlı üretim teknolojileri, yakıt taneciklerini geçmişe oranla daha yüksek tutarlılıkta, daha düşük maliyetle ve daha kısa teslimat süreleriyle üretmemizde anahtar rol oynadı”.