運(yùn)用3D打印技術(shù)制造下一代火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

過去幾年，航空航天領(lǐng)域的公司一直在研究如何利用增材制造即3D打印來助力火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)。美國洛克達(dá)因公司就是這些公司中的代表，一直致力于3D打印RL10發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件。6月初，該公司宣布其3D打印的銅質(zhì)推力室成功完成一系列熱點(diǎn)火測(cè)試。對(duì)洛克達(dá)因公司而言，使用3D打印可以減少發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件數(shù)量，從而加快生產(chǎn)并降低成本。洛克達(dá)因公司總裁兼首席執(zhí)行官艾琳•德雷克在4月的一次采訪中表示，“使用3D打印可以節(jié)省超過50%的時(shí)間，并能夠降低人工成本，減少供應(yīng)商數(shù)量和零部件數(shù)量�！�

3D打印技術(shù)是洛克達(dá)因公司升級(jí)版RL10C-X發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)關(guān)鍵要素。該公司正在與聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟合作開發(fā)這款發(fā)動(dòng)機(jī)，并計(jì)劃應(yīng)用于“火神”（Vulcan）運(yùn)載火箭的上面級(jí)。雖然RL10C-X將應(yīng)用3D打印技術(shù)，但構(gòu)造基本上與上一個(gè)版本一致。許多采用3D打印的其他發(fā)動(dòng)機(jī)也是如此，3D打印的目的是削減成本和生產(chǎn)時(shí)間，而不是在結(jié)構(gòu)上做出更新。甚至像火箭實(shí)驗(yàn)室（Rocket Lab）這樣的初創(chuàng)公司也使用3D打印技術(shù)來生產(chǎn)其發(fā)動(dòng)機(jī)的所有主要部件。

“增材火箭公司”（ARC）聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官安迪·凱提旺5月在加州舉行的太空科技博覽會(huì)上發(fā)表演講稱，“增材制造可以讓設(shè)計(jì)更加自由，并能消除工程師之前使用傳統(tǒng)方法遇到的所有障礙�！彼�認(rèn)為，這個(gè)行業(yè)存在一個(gè)問題，許多公司都在應(yīng)用3D打印技術(shù)為他們的發(fā)動(dòng)機(jī)打印零部件，但實(shí)際上他們打印的很多零部件仍然可以用傳統(tǒng)的方法制造。為此，他聯(lián)合他人創(chuàng)立了ARC公司，尋求運(yùn)用3D打印技術(shù)以一種不同的方式來制造發(fā)動(dòng)機(jī)�！拔覀兇蛩氵\(yùn)用3D打印技術(shù)制造一種傳統(tǒng)的雙推進(jìn)劑發(fā)動(dòng)機(jī)。本質(zhì)上，其核心能力是完成液體和熱量的移動(dòng)，我們要做的是使之成為最優(yōu)的推進(jìn)器�！�

ARC公司將3D打印與一種創(chuàng)成式設(shè)計(jì)工具相結(jié)合，該工具可以利用計(jì)算機(jī)算法提供數(shù)千種不同的設(shè)計(jì)方案，然后反復(fù)演算以找到最佳的設(shè)計(jì)方案。這種方法得出的設(shè)計(jì)方案可能必須使用3D打印才能生產(chǎn)，這將超出傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)工程師的想象。

ARC公司在其第一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)上采用了這種方法，該發(fā)動(dòng)機(jī)是一種小型再生冷卻式發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)從外觀上看和一般的發(fā)動(dòng)機(jī)沒什么區(qū)別，但他的內(nèi)部卻有幾十個(gè)輸送煤油和液氧的管道，就像血管或樹干一樣。這是內(nèi)部輸送液體燃料的最佳方式之一。這種“仿生”系統(tǒng)得益于創(chuàng)成式設(shè)計(jì)的應(yīng)用。該系統(tǒng)可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)的壓力差，減少燃料輸送所需的動(dòng)力，從而減小支撐發(fā)動(dòng)機(jī)的閥門、泵和油箱的尺寸。它還改善了噴嘴的熱傳遞，有利于延長(zhǎng)其使用壽命。該公司在其他發(fā)動(dòng)機(jī)上也采用這種方法，包括用于航天器的小型單燃料推進(jìn)器和冷氣推進(jìn)器。這些設(shè)計(jì)可以提高推進(jìn)器的性能并降低其質(zhì)量，讓它們可以在小型衛(wèi)星上使用。

ARC并不是唯一一家探索增材制造新應(yīng)用方法的公司。例如，“相對(duì)太空”公司（Relativity Space）正在嘗試對(duì)包括發(fā)動(dòng)機(jī)在內(nèi)的整個(gè)火箭進(jìn)行3D打印，并融資了數(shù)千萬美元用于支持其開發(fā)工作。

來源：美國《航天新聞》/圖片來自互聯(lián)網(wǎng)，國防科技要聞