PythomSpace使用3D打印技術(shù)開發(fā)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

PythomSpace總部位于加利福尼亞州的Bishop，與英國(guó)航空航天和汽車公司GKN的子公司GKN Additive合作，開發(fā)Asterex火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，目前，這款發(fā)動(dòng)機(jī)有望在2021年第四季度進(jìn)行亞軌道發(fā)射，并在2022年全面發(fā)射到軌道上。

在宣布3D打印全比例火箭發(fā)動(dòng)機(jī)將在圣誕節(jié)進(jìn)行熱試之后，PythomSpace的聯(lián)合創(chuàng)始人Tom Sjogren表示："我們的發(fā)動(dòng)機(jī)與阿波羅月球登陸器上使用的發(fā)動(dòng)機(jī)類似，制造材料也非常相同--Inconel，只是我們的發(fā)動(dòng)機(jī)是3D打印的。"

△3D打印的Asterex引擎，圖片來(lái)自PythomSpace

進(jìn)入太空領(lǐng)域

PythomSpace是由狂熱的探險(xiǎn)家Tina和Tom Sjogren創(chuàng)立的，他們是一對(duì)夫妻檔，曾攀登珠峰，滑雪到南北極，徒步穿越婆羅洲，從歐洲到南美橫渡大西洋，還有許多其他的探險(xiǎn)活動(dòng)。兩人發(fā)明了一種輕型衛(wèi)星通信系統(tǒng)，讓他們的追隨者和贊助商了解他們探險(xiǎn)的最新情況，很快這就成了一門生意，并將他們引入了 "極限科技 "世界�，F(xiàn)在，地球?qū)τ赟jogrens來(lái)說(shuō)已經(jīng)變得太小了，在過(guò)去的幾年里，他們將注意力轉(zhuǎn)向了探索星空之外的事物。

Sjogren解釋道："在我們走遍天下之后，太空自然而然地成為了一個(gè)新的領(lǐng)域，我們?cè)谶吘壖夹g(shù)方面的經(jīng)驗(yàn)讓我們有信心踏入這個(gè)領(lǐng)域，看看我們能走多遠(yuǎn)。同時(shí)，世界發(fā)生了有利于我們的變化。建造私人火箭和太空運(yùn)輸系統(tǒng)在20年前幾乎是不可能的，但由于CAD、快速制造、人工智能、新材料的進(jìn)步，以及成本的大大降低，太空不再對(duì)小企業(yè)家封閉。"

△PythomSpace的聯(lián)合創(chuàng)始人Tom和Tina Sjogren，圖片來(lái)自PythomSpace

3D打印Asterex

Sjogrens在與GKN合作之前與15家不同的打印工廠進(jìn)行了交談，之所以選擇他們是因?yàn)榭焖夙憫?yīng)時(shí)間，合格的反饋，高質(zhì)量的輸出和合理的價(jià)格。GKN開發(fā)了首款3D發(fā)動(dòng)機(jī)用于測(cè)試，結(jié)果給Sjogrens留下了深刻的印象。在過(guò)去的幾周中，他們從GKN訂購(gòu)了第二臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，用于后續(xù)的高溫測(cè)試。

Sjogren表示，PythomSpace的Asterex火箭發(fā)動(dòng)機(jī)“為3D打印而生”。點(diǎn)火時(shí)溫度達(dá)到3,000攝氏度（熔化大多數(shù)金屬的溫度），因此必須結(jié)合狹窄和復(fù)雜的冷卻通道對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行冷卻。這些通道很難用傳統(tǒng)的工具制造，這是增材制造的優(yōu)勢(shì)所在。使用3D打印，可以比傳統(tǒng)方法快十倍地形成通道，而且成本僅為傳統(tǒng)成本的一小部分，價(jià)格便宜了三倍。

據(jù)Sjogrens所知，Asterex的整體零件有三個(gè)部分的節(jié)氣門噴油器，這是組成帶噴油器的完整發(fā)動(dòng)機(jī)的最少零件。打印引擎后，將一些表面加工成正確的粗糙度。所制造的零件均為最終用途而設(shè)計(jì)，包括部分管道和一些發(fā)動(dòng)機(jī)氣門。

Sjogren繼續(xù)說(shuō)道：“我們希望幾乎所有組件都可以進(jìn)行3D打印，但這是一個(gè)平衡。有時(shí)候傳統(tǒng)的制造方法更便宜或更優(yōu)質(zhì)。管道和其他簡(jiǎn)單零件的打印成本可能太高，盡管我們現(xiàn)在甚至在安裝一些法蘭的情況下也打印發(fā)動(dòng)機(jī)，以最大程度地減少焊接�！�

△Inconel 625 3D打印引擎，圖片來(lái)自PythomSpace

材料和時(shí)間表

PythomSpace主要使用Inconel 625和718 材料對(duì)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行3D打印，因?yàn)槌�了提供良好的耐熱性和耐腐蝕性外，它還易于焊接，這是連接法蘭和管道所必需的。同時(shí)，推進(jìn)劑箱和單體結(jié)構(gòu)由鋁或碳復(fù)合材料制成，而其他一些部件則由不銹鋼制成。

Sjogren補(bǔ)充說(shuō)：“如今，由軟件驅(qū)動(dòng)的機(jī)器有幾種很酷的快速制造方法，但是如果沒有3D打印，我們的航空航天公司根本就不存在。與數(shù)字設(shè)計(jì)工具的集成，材料的加速選擇，全球范圍內(nèi)的許多制造選擇，低成本和快速交付，對(duì)于我們的需求而言都是前所未有的。”

PythomSpace收到GKN的3D打印引擎后，將在下個(gè)月進(jìn)行熱測(cè)試。該公司計(jì)劃在2021年底發(fā)射一次亞軌道火箭，并希望在2022年某個(gè)時(shí)候?qū)⑵?D打印火箭發(fā)射入軌道。

△PythomSpace的火箭實(shí)驗(yàn)室位于加利福尼亞 ，圖片來(lái)自PythomSpace

3D打印火箭組件

除PythomSpace外，越來(lái)越多的公司正在利用3D打印技術(shù)來(lái)開發(fā)用于商業(yè)用途的不同類型的火箭組件。

今年早些時(shí)候，總部位于加利福尼亞的火箭制造公司Relativity Space宣布了計(jì)劃生產(chǎn)Terran 1，這是世界上第一臺(tái)全3D打印火箭，而Midwest Engineered Systems的增材制造部門ADDere使用其激光線增材制造（LWAM）技術(shù)生產(chǎn)全尺寸的火箭推力室組件。

在其他地方，火箭實(shí)驗(yàn)室的Electron Rocket通過(guò)了初步的系統(tǒng)測(cè)試，并提升到了發(fā)射板上，美國(guó)航天技術(shù)創(chuàng)業(yè)公司Rocket Crafters Inc.結(jié)束了對(duì)Comet系列混合3D打印火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的測(cè)試，以及空中客車公司與賽峰集團(tuán)合資的ArianeGroup成功測(cè)試了它的第一個(gè)完全由3D打印制成的燃燒室。

最近，NASA通過(guò)其“快速分析和制造推進(jìn)技術(shù)”項(xiàng)目制造了3D打印火箭發(fā)動(dòng)機(jī)組件，該項(xiàng)目可以用作Artemis項(xiàng)目的一部分，以使宇航員返回月球，并為未來(lái)的火星飛行做準(zhǔn)備。