深度了解通過(guò)NASA的銅合金材料?開(kāi)發(fā)“內(nèi)衣外穿”的Aerospike火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

深度了解通過(guò)NASA的銅合金材料開(kāi)發(fā)“內(nèi)衣外穿”的Aerospike火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

   3D打印使得不少的原有的復(fù)雜的設(shè)計(jì)重新“復(fù)興“起來(lái)。在“復(fù)興號(hào)”這趟列車上，有一個(gè)設(shè)計(jì)是內(nèi)衣外穿”的Aerospike火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，在這方面，西班牙初創(chuàng)公司 Pangea Aerospace 和 Aenium Engineering 正在通過(guò)3D打印技術(shù)將這一復(fù)雜的設(shè)計(jì)復(fù)興，用于商業(yè)用途。

大幅提升金屬3D打印的經(jīng)濟(jì)性

      Pangea Aerospace 和 Aenium Engineering正在打造在歐洲開(kāi)發(fā)和工業(yè)化先進(jìn) 3D 打印航天推進(jìn)系統(tǒng)的特殊能力，這個(gè)系統(tǒng)由 NASA 開(kāi)發(fā)的名為 GRCop-42 的創(chuàng)新銅合金材料制成。通過(guò)此次合作，Pangea 將在 2021 年第三季度測(cè)試其首款基于 GRCop-42 材料的 Aerospike 火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，由于其更高的效率、可重復(fù)使用性、極低的成本和快速制造能力，預(yù)計(jì)將改變航天領(lǐng)域的推進(jìn)技術(shù)水平。

block 革命性方法開(kāi)啟新機(jī)遇

Pangea_Rocket_2用于火箭的 Aerospike 推進(jìn)器 

       與傳統(tǒng)的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)不同，Aerospike發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是鐘形噴嘴可以壓縮膨脹的氣體，基本的形狀是鐘形內(nèi)外翻轉(zhuǎn)的形狀，我們將其昵稱為“內(nèi)衣外穿”。

Aerospike發(fā)動(dòng)機(jī)可在廣泛的高度范圍內(nèi)保持其空氣動(dòng)力學(xué)效率。屬于高度補(bǔ)償噴嘴發(fā)動(dòng)機(jī)類。具有Aerospike發(fā)動(dòng)機(jī)的火箭在低空下使用25-30％的燃料，其中大多數(shù)任務(wù)對(duì)于推力都是大的需求。不過(guò)歷史上制造Aerospike發(fā)動(dòng)機(jī)具有一系列相關(guān)的工程困難：冷卻、重量和制造成本。然而，通過(guò)今天的 3D 打印技術(shù)和新材料，如 GRCop-42，可以用很少的成本和時(shí)間構(gòu)建功能性和經(jīng)濟(jì)上可行的 Aerospike 發(fā)動(dòng)機(jī)。

Pangea_Rocket_CopperGRCop-42 銅合金材料的 Aerospike 噴嘴 

     事實(shí)上，GRCop-42 合金是能夠解決 Aerospike 噴嘴火箭發(fā)動(dòng)機(jī)熱挑戰(zhàn)的關(guān)鍵解決方案之一。該材料初于 2019 年由 NASA 研究人員團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)，作為粉末床熔化金屬3D打印的原料，在惡劣環(huán)境中表現(xiàn)出無(wú)與倫比的卓越熱機(jī)械性能。NASA航天局已經(jīng)使用金屬粉末來(lái)生產(chǎn)和測(cè)試接近完全致密的 3D 打印部件，例如燃燒室襯里和燃料噴射器。

block 顯著增加火箭載荷

      通過(guò)集成增材制造 (AM)、復(fù)雜的后處理和銅合金材料GRCop-42的綜合優(yōu)勢(shì)，Pangea 和 Aenium 現(xiàn)在可以為歐洲航空航天市場(chǎng)開(kāi)發(fā)和商業(yè)化推進(jìn)系統(tǒng)，讓不斷增長(zhǎng)的航天工業(yè)中的更多初創(chuàng)公司獲得先進(jìn)的推進(jìn)解決方案。他們目前開(kāi)發(fā)的發(fā)動(dòng)機(jī)的效率比傳統(tǒng)生產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)高 15%，從而可以顯著增加任何運(yùn)載火箭的有效載荷。此外，由于 3D 打印的優(yōu)勢(shì)，這種Aerospike發(fā)動(dòng)機(jī)可以僅由兩大零件組成，并且可以重復(fù)使用至少 10 次。

      Pangea 目前正在制造該發(fā)動(dòng)機(jī)的演示器DemoP1，這是一種液氧和甲烷氣頂發(fā)動(dòng)機(jī)演示器，旨在表征和驗(yàn)證未來(lái)氣頂發(fā)展的幾項(xiàng)關(guān)鍵使能技術(shù)，包括使用甲烷作為燃料，一旦投入使用，這種太空推進(jìn)系統(tǒng)將成為小型衛(wèi)星、深空任務(wù)和著陸器的理想選擇。得益于此次合作，Pangea 已經(jīng)開(kāi)始對(duì)其更大的、可商用的 Aerospike 發(fā)動(dòng)機(jī)及其子系統(tǒng)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。未來(lái)，這家公司計(jì)劃使用相同的技術(shù)開(kāi)發(fā)可重復(fù)使用的微型發(fā)射器，設(shè)計(jì)用于承載高達(dá) 350 公斤的有效載荷，通常用于小型商業(yè)或?qū)嶒?yàn)衛(wèi)星。

 為下一代運(yùn)載火箭創(chuàng)造技術(shù)的商業(yè)競(jìng)賽是的許多企業(yè)通過(guò) 3D 打印來(lái)構(gòu)建復(fù)雜的零件，與數(shù)百家致力于推動(dòng)離地體驗(yàn)的技術(shù)的太空初創(chuàng)公司中的許多一樣，Pangea 仍在開(kāi)發(fā)其產(chǎn)品。現(xiàn)階段競(jìng)爭(zhēng)激烈，很多公司都在追求小型運(yùn)載火箭、衛(wèi)星和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。

      “ 3D打印技術(shù)已成為火箭制造過(guò)程中的中流砥柱技術(shù)，” 3D打印技術(shù)正在催生火箭制造的新賽道，不過(guò)Kitty認(rèn)為，這條賽道上隨著越來(lái)越多的新加入者，競(jìng)爭(zhēng)會(huì)愈發(fā)激烈，終的贏家不僅要有核心的設(shè)計(jì)實(shí)力，還需要多點(diǎn)建立競(jìng)爭(zhēng)壁壘，譬如在設(shè)備端從設(shè)備開(kāi)發(fā)商和材料開(kāi)發(fā)商借力，通過(guò)開(kāi)發(fā)特殊的火箭制造3D打印設(shè)備及特殊的材料進(jìn)一步拉高技術(shù)與制造壁壘，同時(shí)還需要搭建軟件實(shí)力，將數(shù)據(jù)流中的價(jià)值提取出來(lái)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為企業(yè)前進(jìn)的動(dòng)力“燃料”。

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周工

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