NASA成功測試激光3D打印火箭發(fā)動機

今年2月份，NASA成功對一臺采用多個3D打印復(fù)雜部件的火箭發(fā)動機進行了測試，該測試采用低溫液氫和液氧燃料，產(chǎn)生了2萬磅的推力，這也意味著向?qū)崿F(xiàn)全3D打印的高性能火箭發(fā)動機又邁進了一步。

增材制造（或3D打印）技術(shù)是提高航天器設(shè)計和制造能力的一項關(guān)鍵技術(shù)，將在未來太空探索中發(fā)揮更大的作用。未來的計劃包括對采用液氧和甲烷推進劑的發(fā)動機進行測試，這是用于火星登陸器的重要推進劑，因為火星上可能存在甲烷和氧氣。重要的是，這些部件與常規(guī)的發(fā)動機以相同的方式工作，需要承受火箭發(fā)動機內(nèi)極端的溫度和壓力。渦輪泵的轉(zhuǎn)速可達每分鐘90000轉(zhuǎn)（rpm），而最終使推力室產(chǎn)生超過20000磅的推力，像這樣的發(fā)動機可以為火箭或火星探測器提供所需的推力。

NASA共進行了七項測試，最長的一項持續(xù)了10秒。在測試過程中，3D打印的驗證機承受了飛行火箭發(fā)動機產(chǎn)生推力時所有的極端環(huán)境，其中燃料燃燒時溫度超過6000華氏度（3315攝氏度），主要用于提供液氫燃料的渦輪泵可承受低于400華氏度（零下240攝氏度）的溫度。這些測試使用的是航天飛船推進系統(tǒng)中常見的低溫液氫和液氧推進劑。雖然甲烷和氧氣被證明是更加適合用于火星探測的推進劑，但采用低溫液氫和液氧推進劑能夠產(chǎn)生最極端的溫度并且使零部件暴露在低溫液氫中（這可能會導(dǎo)致脆化），從而能夠測試3D部件的極限性能。該團隊還計劃采用甲烷以及對冷卻燃燒室、噴嘴以及渦輪泵等其他關(guān)鍵部件進行測試。

上述這些零部件均采用選擇性激光熔融工藝制造，其中，與采用傳統(tǒng)的焊接和裝配工藝制造的泵相比，3D打印的渦輪泵零部件數(shù)量減少了45%，而噴油器則比傳統(tǒng)方法制造的減少了200多個零部件，并且其性能也是采用其他方法無法實現(xiàn)。對于閥門等復(fù)雜零部件，它的生產(chǎn)周期通常需要一年以上，而采用3D打印技術(shù)則可將其縮短至幾個月的時間。

NASA開發(fā)新一代立方體衛(wèi)星3D打印推進系統(tǒng)

2014年12月份的時候，相關(guān)媒體曾經(jīng)報道過，Aerojet Rocketdyne成功完成了對MPS-120立方體衛(wèi)星（CubeSat）上的3D打印肼集成推進系統(tǒng)的點火試驗。近日，該公司又一次被美國宇航局（NASA）召喚，開發(fā)它的下一代——MPS-130上使用綠色推進劑的模塊化推進系統(tǒng)。這一次同樣是3D打印的。這份新協(xié)議似乎是Aerojet Rocketdyne公司和NASA之間長期合作歷史中最新的一部分。Aerojet Rocketdyne公司是世界公認的為航天、導(dǎo)彈和戰(zhàn)略系統(tǒng)提供推進和動力系統(tǒng)的領(lǐng)導(dǎo)者，同時在3D打印技術(shù)的應(yīng)用方面也處于領(lǐng)先地位。就在幾周前，該公司就與NASA簽署了一項金額為16億美元的合同，為后者3D打印RS-25火箭發(fā)動機。而在幾個月之前，NASA測試成功的F-1火箭發(fā)動機的3D打印部件也是由Aerojet來完成的。事實上，從2013年起，雙方在3D打印火箭發(fā)動機部件的合作就已經(jīng)開始了，媒體也對此也曾經(jīng)進行過多次報道。

在此次交易中，似乎MPS-130立方體衛(wèi)星的推進系統(tǒng)也將采用與MPS-120同樣的方式開發(fā)。不過此次的不同之處在于，MPS-130將首次采用綠色推進劑（全名為AF-M315E）。這不僅會改善CubeSat在太空中的能力，而且還提供了一個比傳統(tǒng)的肼推進劑更安全、更高效、性能更高的選擇。“我們?yōu)樵谕苿恿⒎襟w衛(wèi)星推進系統(tǒng)的發(fā)展方面與NASA建立的伙伴關(guān)系而感到興奮。”Aerojet Rocketdyne公司CEO Eileen Drake稱：“毫無疑問它將在私營部門和公共部門中為那些尋求提升微型衛(wèi)星能力，并且希望能夠更經(jīng)濟、有效和安全地操作它們的人們打開一扇新的大門。”根據(jù)計劃，MPS 130的綠色推進系統(tǒng)將給立方體衛(wèi)星和微型衛(wèi)星（nanosats）提供足以媲美大型衛(wèi)星的動力，但是其尺寸卻小得多。這將使其具備更長的任務(wù)周期、更大的彈性和更多的機動選項，無論是在較高還是較低的軌道中。復(fù)雜的近距離操作和編隊飛行也會在這種下一代推進系統(tǒng)中使用。它將同時具備基本的推進能力和3軸控制能力，這也是為那些需要顯著的ΔV能力的立方體衛(wèi)星的客戶設(shè)計的。關(guān)于MPS-130的更多技術(shù)細節(jié)，請點擊此處。

據(jù)了解，此次交易也是NASA利用公私合作關(guān)系推動引爆點技術(shù)計劃的一部分，而該計劃的目的之一就是將類似3D打印這樣的下一代技術(shù)推進到商業(yè)上可行的境地。作為交易的一部分，Aerojet Rocketdyne公司未來將會交付一個完全集成的帶綠色推進器的MPS130系統(tǒng)進行飛行演示，當然還要進行相應(yīng)的開發(fā)和驗證測試。

俄羅斯推出碳纖維3D打印機太空制造衛(wèi)星零部件

根據(jù)國外媒體報道，一個俄羅斯研發(fā)團隊目前正在研發(fā)能在國際空間站（ISS）使用的3D打印機。設(shè)計人員表示，他們的打印機將使用復(fù)合打印材料在太空直接生產(chǎn)電池、天線以及CubeSat立方體納型衛(wèi)星所需的技術(shù)部件。該項目將結(jié)合斯科爾科沃基金會（Skolkovo Foundation）常設(shè)公司Sputnix和Anisoprint，以及莫斯科理工大學(xué)的研究成果。

Sputnix公司主要進行高科技微衛(wèi)星組件的開發(fā)，并在2014年發(fā)射了俄羅斯首個私人地球遙感衛(wèi)星。Anisoprint主要生產(chǎn)高性能纖維增強塑料。該合作項目旨在克服外太空制造生產(chǎn)過程中遇到的難題，如創(chuàng)傷、尺寸限制以及將新材料發(fā)送至軌道等。美國已經(jīng)在國際空間站開發(fā)了一款目前正用于試驗項目的3D打印機。在2014年推出的、由NASA和美國太空制造公司（Made by Space）生產(chǎn)的3D打印機使用塑料線材，能打印原型和備用小零件。

在今年4月，NASA安裝了另一臺由美國太空制造公司生產(chǎn)的增材制造設(shè)備（AMF）3D打印機。該AMF 3D打印機也能制造工具并提供維護，并對第三方開放使用，在太空3D打印物體。而該俄羅斯團隊計劃進行兩種材料組合打印，并最終實現(xiàn)小型衛(wèi)星部件的打印。雖然許多其他3D打印機使用熔融塑料，這款3D打印機結(jié)合了熱塑塑料與持續(xù)加固碳纖維材料。據(jù)說這種復(fù)合結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)的熔融塑料硬度強10倍。設(shè)計人員表示這款3D打印機能被用來生產(chǎn)反射器、天線以及太陽能面板。

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