美國NASA等部門聯(lián)合發(fā)布《航天制造技術報告》，增材制造技術被重視

2024年1月8日，南極熊獲悉，美國國家航空航天局（NASA）、國防部（DOD）和商務部（DOC）在2023年12月20日向美國國家太空委員會聯(lián)合提交了《航天制造技術報告/Space Manufacturing Technology Report》。

報告下載鏈接：https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2023/12/nspc-space-manufacturing-technology-report-rev-12.20.23-final.pdf

這份報告重點關注了開發(fā)新興航天制造技術等5個關鍵領域，討論了增材制造、先進材料等7項新興航天制造技術，并提出了推動太空制造技術的14項可行建議，具體包括：

• 開發(fā)新興航天制造技術：優(yōu)先投資于新興的太空制造技術，支持美國國家航空航天局（NASA）、國防部（DOD）和商務部（DOC）相關項目的投入；
• 建立公私合作伙伴關系：探索現(xiàn)有的公私部門合作伙伴關系，重點是擴大當前的“美國制造”模式的力量，以確保以太空為重點的相關成果；
• 資助航天制造技術中心：探索經濟發(fā)展管理局地區(qū)資金，用于支持太空制造技術中心；
• 關注協(xié)同發(fā)展：發(fā)揮與其他聯(lián)邦計劃的協(xié)同作用，包括霍林斯制造業(yè)擴展伙伴關系（MEP）計劃；
• 航天技術人才隊伍建設：通過教育和人才培養(yǎng)計劃應對太空工業(yè)基地對人才的不斷增長需求；
  

這些建議旨在推進美國太空制造能力，確保國家在全球太空產業(yè)中的競爭地位。具體措施可由NASA、DOD、DOC和其他聯(lián)邦部門和機構執(zhí)行。一旦實施，這些建議將有助于增進對現(xiàn)有基礎設施的了解，確定當前能力以及未來對太空制造的需求。相關機構將支持并在必要時建立聯(lián)邦部門和機構、行業(yè)、私營部門組織以及國內外學術界之間的新伙伴關系。利益相關者將孵化和加速航天制造創(chuàng)業(yè)，同時進一步調整當前和未來的聯(lián)邦投資，以支持太空制造技術需求。報告最后提出了關于發(fā)展和加強各種背景的人進入太空制造職業(yè)的途徑的建議。

全球航天制造技術的發(fā)展現(xiàn)狀

在航天工業(yè)短短60多年的歷史里，世界發(fā)生了許多變化，航天工業(yè)對我們的生活和工作方式產生了深遠的影響，塑造了歷史進程和我們今天所知道的世界。航天工業(yè)具有巨大的經濟增長潛力。如今，全球航天工業(yè)價值超過 4000 億美元，并且正在迅速擴張和發(fā)展。在美國，該行業(yè)每年為國家貿易平衡增加數百億美元，為美國的高科技產業(yè)基礎提供支持和刺激，提供數以萬計的高薪高技能工作崗位。在歐洲，歐洲航天局也提出了針對航天工業(yè)的先進制造計劃，其主要目的是甄選和引入太空業(yè)務顛覆性材料和制造工藝。

如今，航天工業(yè)正處于一個轉折點，其變化、挑戰(zhàn)和機遇主要是由于發(fā)射成本的降低以及人們認識到太空的利用具有為地球帶來社會效益的巨大潛力。航天工業(yè)的長開發(fā)周期、高運營成本限制了新進入者和競爭者，制造技術的進步對于推動各國在競爭激烈的全球環(huán)境中的行業(yè)占據領先地位方面發(fā)揮關鍵作用。增材制造、人工智能、機器人、生物技術和新材料等技術的最新進展正在為太空制造創(chuàng)造新的機遇，為了參與全球競爭，美國等發(fā)達國家一直在持續(xù)開發(fā)和實施新的創(chuàng)新制造技術。

美國未來航天制造技術的發(fā)展趨勢

先進制造技術的爆發(fā)預計將在競爭日益激烈的全球太空市場中推動創(chuàng)新和效率方面發(fā)揮重要作用。作為世界太空探索領域的杰出國家，美國聯(lián)邦政府與一直致力與工業(yè)界和學術界合作，投資于應用研究和工業(yè)相關的制造技術，以鼓勵持續(xù)研究和創(chuàng)新的環(huán)境。在NASA等部門聯(lián)合提出的《航天制造技術報告》中，概述了7項新興的太空制造技術，具體包括：

• 增材制造（AM），也稱為3D打印
• 先進材料，包括復合材料、陶瓷、輕質金屬、納米技術和生物技術
• 機器人技術和自動化
• 數字制造系統(tǒng)
• 清潔和可持續(xù)制造
• 電子制造
• 高超聲速技術
  

這些技術對于推動太空制造能力的發(fā)展并滿足不斷發(fā)展的太空行業(yè)需求至關重要。

增材制造：報告首先強調了增材制造（AM）的重要性，也被稱為3D打印，是指根據 3D 模型數據連接材料以制造零件的過程，通常是逐層進行，而不是減材制造和成形制造方法。作為關鍵的空間制造技術。增材制造允許創(chuàng)造復雜的幾何形狀和內部結構，這些結構很難或者無法通過傳統(tǒng)制造方法生產。它提供了顯著的成本和進度改進，并且正在極大地改變各個領域的設計和制造格局。這項技術在推進空間制造能力和滿足不斷發(fā)展的航天工業(yè)需求方面起著至關重要的作用。

先進材料：包括復合材料、陶瓷、輕質金屬、納米技術和生物技術在內的材料，可用于創(chuàng)造具有改進性能的新材料注入，例如增加強度、耐用性和生物相容性。這些材料可用于各種航天技術應用。開發(fā)先進材料潛力的要求包括更有效的方法來識別、合作、清潔提取和制造使用稀土金屬和空間系統(tǒng)必需且很大程度上獨特的材料的組件。

機器人和自動化：機器人和自動化用于提高制造過程的效率和精度，從而縮短生產時間并降低勞動力成本，允許在危險環(huán)境中進行制造或執(zhí)行對人類工人來說太危險的任務，并集成數字制造技術支持增材制造等新穎方法。機器人技術和自動化的改進使用將帶來更可靠、無差錯的生產線，從而創(chuàng)建更高可靠性的空間系統(tǒng)。

數字制造系統(tǒng)：航天工業(yè)正變得極其數據驅動。幾乎所有現(xiàn)代制造業(yè)務、設備和基礎設施都在一定程度上實現(xiàn)了計算機化，智能制造系統(tǒng)使用物聯(lián)網、人工智能、虛擬現(xiàn)實和數字孿生等先進技術，用數字方法代替體力勞動，以提供信息、優(yōu)化和自動化制造流程。

清潔和可持續(xù)制造：現(xiàn)代制造技術允許最大限度地減少或消除對環(huán)境和人類健康的負面影響，同時節(jié)省資源和能源。這些技術使得化學產品和工藝的設計能夠減少或消除有害物質的使用和產生，并為閉環(huán)制造提供機會，其中廢物和副產品在制造過程中被回收或再利用，而不是被丟棄。

報告建議各機構保留該新興技術清單，并找出在利用這些技術時需要解決的差距。NASA、DOC和DOD還鼓勵采用“美國制造”模式，這是一個由位于全國不同地區(qū)的專門從事不同技術的機構組成的網絡。“美國制造”的成立是為了與學術和工業(yè)合作伙伴一起捕捉美國的創(chuàng)新，并將其轉化為應用技術，確保美國在未來繼續(xù)成為全球制造業(yè)的領導者。美國制造網絡（如下圖所示）通過 16個制造創(chuàng)新機構及其贊助聯(lián)邦機構（美國商務部、國防部和能源部）促進先進制造技術的協(xié)作開發(fā)來實現(xiàn)這一目標。2022年，各研究院共承擔了700多個重大應用研發(fā)項目，涉及2500多個不同組織，為10.6萬人次提供了先進制造業(yè)勞動力發(fā)展和培訓。美國制造模式可以首先利用美國制造機構現(xiàn)有的能力應對太空制造挑戰(zhàn)，從而幫助推動國內太空制造行業(yè)的發(fā)展。

△美國制造網絡

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