帶有3D打印部件的獵戶座載人飛船推進器系統(tǒng)測試成功

Aerojet Rocketdyne 最近完成了增強型反應(yīng)控制推進器系統(tǒng)的鑒定測試，這個推進器系統(tǒng)將專門用于NASA 獵戶座太空船載人模塊，其中的發(fā)動機噴嘴延伸部分是采用3D打印技術(shù)制造的。Aerojet Rocketdyne 稱這是有史以來第一次將增材制造的零件安裝在載人航天器上。

圖片來源：engadget

block 更高設(shè)計自由度，縮短制造時間

獵戶座太空飛船是NASA的新型宇宙飛船，是由洛克希德·馬丁公司負責(zé)設(shè)計和建造的飛船。飛船由兩個飛行器構(gòu)成，它們分別是：載人探測飛船（CEV）和貨物運載火箭（CLV）。獵戶座飛船內(nèi)部空間比阿波羅飛船大2.5倍，最多可容納6名宇航員。

Aerojet Rocketdyne 宣布獵戶座太空飛船的反應(yīng)控制推進器系統(tǒng)測試已獲成功，這意味著飛船的載人模塊能夠安全地重新進入地球大氣層。同時，這次測試的成功也為獵戶座太空飛船做第二次試飛掃平道路。這次測試也是對月軌內(nèi)空間的第一次任務(wù)-探索任務(wù)-1（EM-1）。

圖片來源：NASA

在NASA的太空發(fā)射系統(tǒng)（SLS）火箭的首次飛行中，獵戶座被發(fā)射至月球，反應(yīng)控制推進器對于獵戶座太空飛船在完成EM-1探索任務(wù)后安全返回地球和未來飛行任務(wù)都至關(guān)重要。

Aerojet Rocketdyne 采用了3D打印/增材制造工藝來制造反應(yīng)控制推進器系統(tǒng)發(fā)動機噴嘴延伸部分。Aerojet Rocketdyne 表示，這些3D打印部件標(biāo)志著載人航天器將首次使用增材制造的零件。

根據(jù)3D科學(xué)谷的市場觀察，Aerojet Rocketdyne 采用3D打印技術(shù)的原因是為推進器部件獲得更高的設(shè)計自由度，并且縮短部件的制造時間。

Aerojet Rocketdyne 在位于華盛頓州雷德蒙德的工廠里，進行了為期一年的資格測試項目。在測試中，單臺發(fā)動機受到的沖擊和振動，已經(jīng)超過了預(yù)期EM-1發(fā)射時的最大應(yīng)力；與EM-1 反應(yīng)控制系統(tǒng)飛行發(fā)動機相同的生產(chǎn)批次中抽出了非飛行試驗發(fā)動機進行測試，在試驗計劃期間燃燒了619 磅的推進劑，累計總?cè)紵龝r間為962秒。Aerojet Rocketdyne 遵循了嚴(yán)格的資格測試計劃，并相信這種增強的反應(yīng)控制系統(tǒng)已準(zhǔn)備就緒。

獵戶座太空船載人模塊在與其服務(wù)模塊分離后，反應(yīng)控制系統(tǒng)是引導(dǎo)其準(zhǔn)備重新進入大氣和隨后降落的唯一方法。該系統(tǒng)由12個MR-104G肼推進器組成，每個推進器的推力為160磅，該系統(tǒng)還將確保航天器正確定位（其隔熱罩向下方）以便重新進入，并在下降過程中保持穩(wěn)定。

EM-1 反應(yīng)控制系統(tǒng)推進器的設(shè)計是建立在2014年Exploration Flight Test-1任務(wù)中經(jīng)過飛行驗證的發(fā)動機基礎(chǔ)上的，增強型系統(tǒng)具有更強的結(jié)構(gòu)，更高的抗熱應(yīng)力和更小的重量。改進的制造過程更新了系統(tǒng)，以應(yīng)對變化的負載，并最終提高負載。在EM-1探索任務(wù)中，一枚未經(jīng)摧毀的獵戶座太空飛船將發(fā)射到月球周圍的遙遠逆行軌道，然后返回地球。接下來，是執(zhí)行EM-2探索任務(wù)，在此期間獵戶座將搭載宇航員在月球附近飛行。

除了反應(yīng)控制系統(tǒng)之外，Aerojet Rocketdyne 還為太空發(fā)射系統(tǒng)（SLS）火箭提供主級和上級液體發(fā)動機，以及拋棄式發(fā)動機，拋棄式發(fā)動機在激活SLS第二級后不久將獵戶座的發(fā)射中止系統(tǒng)與機組模塊分開。同時，Aerojet Rocketdyne還為獵戶座的歐洲服務(wù)模塊（ESM）提供輔助推進器，并支持NASA領(lǐng)導(dǎo)的修改航天飛機OMS-E發(fā)動機項目。

根據(jù)市場觀察，獵戶座天空飛船上使用的3D打印部件，是Aerojet Rocketdyne 在航天器中應(yīng)用增材制造技術(shù)的“冰山一角”。此前，Aerojet Rocketdyne 已有多種通過金屬3D打印技術(shù)制造的火箭發(fā)動機部件通過了測試。例如：

2018年10月，Aerojet Rocketdyne 宣布其為美國國家航空航天局（NASA）和美國國防高級研究計劃局（DARPA）制造的新型高超音速發(fā)動機已經(jīng)成功通過測試。通過測試的發(fā)動機為“新型雙模式?jīng)_壓式噴氣發(fā)動機/超燃沖壓（DMRJ）發(fā)動機”，Aerojet Rocketdyne，將以往取得的成果與他們在3D打印/增材制造方面取得的進步相結(jié)合，使制造下一代高超音速推進系統(tǒng)成為現(xiàn)實。

2017年4月，Aerojet Rocketdyne 宣布其全尺寸的3D打印銅合金推力室部件點火測試成功。根據(jù)3D科學(xué)谷的了解，3D打印技術(shù)是Aerojet Rocketdyne 優(yōu)化RL10發(fā)動機的一個“殺手锏”，在新一代RL10發(fā)動機研制過程中，Aerojet Rocketdyne 使用粉末床選擇性激光熔化3D打印技術(shù)制造了銅合金推力室部件。

2015年3月，Aerojet Rocketdyne公司在其薩克拉門托測試中心成功完成了對其AR1增壓發(fā)動機關(guān)鍵部件的熱點火測試。AR1火箭發(fā)動機的單沖量（single-element）主噴油嘴是完全使用3D打印機制造的。

AR1火箭發(fā)動機的單沖量（single-element）主噴油嘴是完全使用3D打印機制造的。AR1是一款正在開發(fā)中的50萬磅推力級的液氧/煤油發(fā)動機，美國希望用它來替代俄羅斯的RD-180發(fā)動機。噴射器是用選擇性激光熔化（SLM）技術(shù)制造的，3D打印被證明能夠以與傳統(tǒng)制造技術(shù)相比很低的成本快速制造出復(fù)雜的發(fā)動機零部件。僅在主噴射器一項，3D打印就把零部件的交貨時間減少了9個月，并降低了70%的成本。

來源：3D科學(xué)谷