金屬3D打印技術(shù)變革火箭發(fā)動(dòng)機(jī)制造！軍火巨頭洛克希德·馬丁44億美元收購(gòu)Aerojet

2020年12月22日，南極熊獲悉，近日發(fā)生了一起超大金額的并購(gòu)案件，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)制造公司Aerojet Rocketdyne Holdings, Inc. (NYSE:AJRD)已達(dá)成最終協(xié)議，將被受到中國(guó)制裁的軍事武器公司洛克希德·馬丁(NYSE:LMT)以全現(xiàn)金交易方式收購(gòu)，總股權(quán)價(jià)值為44億美元（約288億人民幣）。而Aerojet Rocketdyne公司在研發(fā)和制造火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的過(guò)程中，很好得應(yīng)用了3D打印技術(shù)。

根據(jù)協(xié)議條款，洛克希德-馬丁公司將以每股56.00美元的現(xiàn)金收購(gòu)Aerojet Rocketdyne公司。作為交易的一部分，Aerojet Rocketdyne宣布向其普通股和可換股優(yōu)先票據(jù)的持有人按換股比例派發(fā)每股5.00美元的停牌前特別股息。該特別股息將于2021年3月24日支付給截至2021年3月10日在冊(cè)的持有人。
Aerojet股價(jià)大漲10.73美元，至52.77美元，漲幅25.5%。洛克希德股價(jià)下滑6.68美元，至349.35美元，跌幅為1.8%，使得這家全球最大的國(guó)防承包商的市值接近980億美元。

2015年的時(shí)候，南極熊曾經(jīng)報(bào)道過(guò)這家GenCorp旗下的Aerojet Rocketdyne公司，他們?cè)谒_克拉門托成功完成了對(duì)AR1增壓發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵部件的點(diǎn)火測(cè)試。AR1火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的單沖量（single-element）主噴油嘴是完全使用3D打印機(jī)制造的。

AR1是一款50萬(wàn)磅推力級(jí)的液氧/煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，美國(guó)希望用它來(lái)替代俄羅斯的RD-180發(fā)動(dòng)機(jī)。根據(jù)2015年美國(guó)國(guó)防授權(quán)法案的要求，為了美國(guó)國(guó)家安全的考慮。到2019年之前美國(guó)制造的替代產(chǎn)品要完全取代俄羅斯的RD-180發(fā)動(dòng)機(jī)，并可用于火箭發(fā)射。

而AR1項(xiàng)目就是在這一環(huán)境下啟動(dòng)的，并得到了NASA先進(jìn)增壓工程示范/風(fēng)險(xiǎn)減少計(jì)劃（NASA Advanced Booster Engineering Demonstration/Risk Reduction）的支持。AR1項(xiàng)目的目標(biāo)就是到2019年交付可用于飛行的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。

Aerojet Rocketdyne的首席執(zhí)行官兼總裁Eileen P. Drake說(shuō)："我們很高興能將我們互補(bǔ)的公司聚集在一起，進(jìn)行一項(xiàng)變革性的交易，這將為我們的股東提供優(yōu)質(zhì)的現(xiàn)金價(jià)值，并為我們的員工、客戶和合作伙伴帶來(lái)巨大的利益。加入洛克希德-馬丁公司是對(duì)我們所建立的世界級(jí)組織和團(tuán)隊(duì)的肯定，也代表著我們下一階段的自然發(fā)展。作為洛克希德-馬丁公司的一部分，我們將把我們的先進(jìn)技術(shù)與他們豐富的專業(yè)知識(shí)和資源結(jié)合起來(lái)，以加速實(shí)現(xiàn)我們的共同目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)我們國(guó)家的國(guó)防和太空探索。我謹(jǐn)代表Aerojet Rocketdyne董事會(huì)和管理團(tuán)隊(duì)，感謝我們所有員工在幫助我們實(shí)現(xiàn)這一偉大里程碑的過(guò)程中堅(jiān)定不移的奉獻(xiàn)和專注。"

該交易預(yù)計(jì)將于2021年下半年完成，并取決于慣例成交條件的滿足，包括監(jiān)管部門的批準(zhǔn)和Aerojet Rocketdyne股東的批準(zhǔn)。將成立一個(gè)過(guò)渡團(tuán)隊(duì)，以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫整合，確保客戶、員工和其他利益相關(guān)者的連續(xù)性。

據(jù)南極熊了解，Aerojet Rocketdyne不但研發(fā)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)還從事導(dǎo)彈等武器的研發(fā)。

NASA的無(wú)人駕駛太空發(fā)射系統(tǒng)（SLS）巨型火箭將繞月球飛行，這是Artemis 1任務(wù)初始測(cè)試飛行的一部分。SLS是有史以來(lái)最強(qiáng)大的火箭，由四個(gè)超級(jí)引擎提供動(dòng)力，這些超級(jí)引擎旨在處理一些最極端的溫度，需要大量的推進(jìn)劑以產(chǎn)生足以使火箭逃脫地球引力的能量。Aerojet Rocketdyne將制造總共24架RS-25火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，支持多達(dá)6架SLS飛行，合同總價(jià)值近35億美元。其中18臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)將繼續(xù)優(yōu)化供應(yīng)鏈，并結(jié)合初始SLS發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)中已經(jīng)引入的增材制造（AM）技術(shù)。
△SLS配置，由RS-25火箭發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力

運(yùn)用金屬3D打印技術(shù)來(lái)降低成本并提高發(fā)動(dòng)機(jī)引擎效率，是航空航天和國(guó)防公司的頭等大事。Aerojet Rocketdyne數(shù)百人一直在從事發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和制造工作，這些發(fā)動(dòng)機(jī)主要依靠激光粉末床融合技術(shù)來(lái)進(jìn)行3D打印。每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)引擎上有35個(gè)3D打印的零件。
△Aerojet Rocketdyne的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，使用增材制造生產(chǎn)重啟引擎上的某些零件，除了此處所示的動(dòng)力頭零件以外，還采用了現(xiàn)代制造技術(shù)來(lái)生產(chǎn)新的主燃燒室和噴嘴



△Aerojet Rocketdyne RS-25航天飛機(jī)主機(jī)（SSME）的熱試點(diǎn)火

“我們工作重點(diǎn)是制造可靠、堅(jiān)固的3D打印零件，可以勝任全生命周期的工作。幾年前，我們開(kāi)始設(shè)計(jì)其中一些部件，以確保通過(guò)NASA太空計(jì)劃的測(cè)試和認(rèn)證，這對(duì)即將進(jìn)行的載人飛行任務(wù)的安全至關(guān)重要。 ”Aerojet Rocketdyne相關(guān)負(fù)責(zé)人表示

3D打印簡(jiǎn)化了多個(gè)RS-25零件和組件的生產(chǎn)，使發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)成本更低，同時(shí)提高了可靠性。減少零件焊縫，發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)完整性會(huì)提高。這是一個(gè)非常復(fù)雜的制造過(guò)程。實(shí)際上，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的制造復(fù)雜到，以至于只有少數(shù)幾個(gè)國(guó)家能夠制造出來(lái)。

△Aerojet Rocketdyne的增材制造團(tuán)隊(duì)，從左至右：Bryan Webb，Ivan Cazares和Alan Fung


RS-25發(fā)動(dòng)機(jī)上最大的3D打印零件之一是關(guān)鍵的“ P​​ogo”蓄能器組件。復(fù)雜零件大約相當(dāng)于沙灘球大小，可作為減震器，以減少推進(jìn)劑在飛行器和發(fā)動(dòng)機(jī)之間流動(dòng)時(shí)引起的振蕩。這是火箭引擎的關(guān)鍵部件，因?yàn)樗�有助于使宇航員和飛行器的行駛平穩(wěn)，確保安全飛行。Pogo過(guò)去需要100多個(gè)焊縫，而且都是手工完成，并且花費(fèi)需要將近四年的時(shí)間，而在洛杉磯Aerojet Rocketdyne工廠生產(chǎn)的3D打印Pogo將焊縫降低到只有3個(gè)，并在不到一年的時(shí)間內(nèi)完成。

△Pogo

其中一些經(jīng)過(guò)修改優(yōu)化的組件，已經(jīng)在滿足飛行條件的發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試期間進(jìn)行了測(cè)試。例如，在NASA的Stennis航天中心進(jìn)行的400秒測(cè)試中，Aerojet Rocketdyne能夠成功評(píng)估了3D打印Pogo蓄能器組件的性能。



△Velo3D的無(wú)支撐金屬3D打印技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)前所未有的復(fù)雜熱交換器


與NASA合作，Aerojet實(shí)施了一項(xiàng)計(jì)劃，與老版本飛船相比，未來(lái)的發(fā)動(dòng)機(jī)成本降低了30％以上，這要?dú)w功于3D打印等先進(jìn)的制造技術(shù)，工程師修改了火箭的某些零件。

在飛行過(guò)程中，四個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)引擎將為SLS提供約200萬(wàn)磅的推力，將重型火箭送入太空�；鸺�發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在一個(gè)212英尺高的核心平臺(tái)的底部，該平臺(tái)可容納700,000加侖的推進(jìn)劑，并伴有控制火箭飛行的飛行計(jì)算機(jī)。

Aerojet的3D打印團(tuán)隊(duì)正在使用GE Con​​cept Laser和EOS機(jī)器來(lái)滿足選擇性激光熔化的要求。他們使用超級(jí)合金，主要是鎳基合金，用于3D打印的發(fā)動(dòng)機(jī)零件，因?yàn)樗�具有出色的耐腐蝕性、高強(qiáng)度，并且能夠抵御大多數(shù)液體推進(jìn)劑火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中的氫燃料所引起的氫脆性。
△視頻：RS-25發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火測(cè)試

這些新的RS-25發(fā)動(dòng)機(jī)是航天飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的升級(jí)版，而航天飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)是歷史上最可靠的發(fā)動(dòng)機(jī)。工程師花了40年的時(shí)間，讓往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)盡可能地可靠、安全和高性能。通過(guò)增材制造，大大降低了成本。 這項(xiàng)技術(shù)將徹底改變火箭發(fā)動(dòng)機(jī)引擎的制造方式。
△Aerojet 工廠里RS-25發(fā)動(dòng)機(jī)組件的噴嘴套。重啟生產(chǎn)后，噴嘴套的生產(chǎn)進(jìn)行了現(xiàn)代化改造，零件數(shù)量從幾十個(gè)減少到了四個(gè)。在噴嘴組件的生產(chǎn)中，將一千多個(gè)冷卻管精確地布置在護(hù)套的內(nèi)部，然后用釬焊工藝將它們?nèi)诤显谝黄?br />
RS-25發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴是制造過(guò)程中勞動(dòng)強(qiáng)度最大的零件之一。液態(tài)氫穿過(guò)噴嘴襯套內(nèi)部的1,000多個(gè)冷卻管，從而保護(hù)噴嘴免受發(fā)動(dòng)機(jī)高溫的燃燒。如果這些零件是單獨(dú)制造的，就需要進(jìn)行復(fù)雜的釬焊工藝，以將各個(gè)冷卻液管熔合到噴嘴套上。正在研究的思路之一是3D打印發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴，并在噴嘴壁中內(nèi)置冷卻通道。

△定向能量沉積（Blown powder directed energy deposition）3D打印技術(shù)制造的發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴，比傳統(tǒng)制造技術(shù)更便宜、更快速

“我們正在做一些技術(shù)開(kāi)發(fā)工作，這是Aerojet Rocketdyne與3D打印Marshall 工程公司之間的絕妙合作，以探索諸如定向能量沉積（DED）通道壁噴嘴之類的東西。” NASA SLS計(jì)劃液體引擎辦公室經(jīng)理Johnny Heflin解析說(shuō)，“我們也在研究大規(guī)模的3D打印和所謂的激光線封閉等多種不同的新興技術(shù)，并試圖完善它，發(fā)展為入口引擎上的制造技術(shù)�！�