在冠狀病毒大流行占主導(dǎo)的一年中，似乎很難超越疫情爆發(fā)，封鎖措施和對(duì)全球經(jīng)濟(jì)的嚴(yán)重后果。 《時(shí)代》雜志甚至在其12月5日的每周一期封面上宣布2020年為“有史以來(lái)最糟糕的一年”。如果有的話，全球爆發(fā)的COVID-19和各國(guó)政府采取的圍堵措施都會(huì)造成嚴(yán)重后果。然而，在動(dòng)蕩的一年中，整個(gè)行業(yè)都在尋找顛覆性的方式來(lái)重新獲得動(dòng)力并參與運(yùn)營(yíng)，一個(gè)行業(yè)的反彈速度超過(guò)了預(yù)期。航天公司和創(chuàng)業(yè)公司不僅在大流行中幸存下來(lái)，而且見(jiàn)證了幾年來(lái)最大的一些航天任務(wù)。此外，對(duì)于不斷擴(kuò)大的空間3D打印市場(chǎng)，這意味著需要更多利用空間技術(shù)進(jìn)行增材制造的零件，機(jī)器和材料。 2020年在中國(guó)3D打印網(wǎng)上發(fā)布的太空工業(yè)故事揭示了過(guò)去十年中最具創(chuàng)新性的年份之一，這與即將進(jìn)行的對(duì)月球，火星及其他地區(qū)的太空探索任務(wù)的計(jì)劃一致。到2020年底2021年年初，我們選擇了十個(gè)故事，重點(diǎn)介紹了該行業(yè)未來(lái)最重要的進(jìn)展。
太空制造的首批在軌陶瓷3D打印
基于太空的制造公司Made In Space（MIS），現(xiàn)已成為Redwire商業(yè)空間匯總的一部分，是第一家在離地球環(huán)境中成功制造物體的公司。在向國(guó)際空間站（ISS）發(fā)射了兩臺(tái)3D打印機(jī)，一臺(tái)商用回收機(jī)和一臺(tái)ZBLAN光學(xué)光纖后，MIS將2020年9月29日送往軌道上的第一座陶瓷制造廠。僅僅三個(gè)月后，第一套陶瓷制造廠就進(jìn)入了軌道。組件是3D打印的。 陶瓷制造模塊（CMM）展示了在立體光刻（SLA）環(huán)境中使用預(yù)陶瓷樹(shù)脂制造的可行性。這也是在軌道微重力環(huán)境中制造的重要里程碑，由于減少了重力引起的缺陷（例如在地面制造中發(fā)生的沉積和成分梯度），可使耐熱的增強(qiáng)陶瓷零件具有更好的性能。
刀片式磁盤(pán)的內(nèi)部投影（“大葉”），將由Made In Space的Ceramic Manufacturing Module打印。 圖片由Redwire提供
NASA為3D打印火箭發(fā)動(dòng)機(jī)零件推進(jìn)了新型AM技術(shù)
2020年9月11日，我們了解到NASA的工程師們正在開(kāi)拓3D打印火箭零件的方法，這些零件可以為登月以及隨后的火星之旅提供動(dòng)力，這是NASA阿爾Art彌斯計(jì)劃的一部分。作為航天局“快速分析和制造推進(jìn)技術(shù)”（RAMPT）項(xiàng)目的一部分，AM專家正在推進(jìn)使用金屬粉末和激光對(duì)3D打印火箭發(fā)動(dòng)機(jī)零件進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)的工作。該方法被稱為吹塑粉末定向能量沉積法，可以降低生產(chǎn)大型復(fù)雜發(fā)動(dòng)機(jī)部件（如噴嘴和燃燒室）的成本和交貨時(shí)間，并提供AM以前的開(kāi)發(fā)缺乏的大規(guī)模能力。 此外，美國(guó)宇航局的太空發(fā)射系統(tǒng)計(jì)劃正在投資RAMPT的吹塑粉末定向能量沉積制造工藝，以對(duì)其進(jìn)行航天認(rèn)證。該團(tuán)隊(duì)與RAMPT一起，正在使用該技術(shù)來(lái)構(gòu)建和評(píng)估直徑不超過(guò)5英尺，高將近7英尺的通道冷卻噴嘴。 吹塑粉末定向的能量沉積可以產(chǎn)生大型結(jié)構(gòu)，如這些發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴，比傳統(tǒng)制造技術(shù)便宜且快捷。
圖片由NASA提供
Blue Origin的3D打印BE-7發(fā)動(dòng)機(jī)可以降落在月球上
在2020年12月4日在美國(guó)國(guó)家航空航天局馬歇爾太空飛行中心成功完成Blue Origin的第四架BE-7發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試后，公司創(chuàng)始人Jeff Bezos很快在社交媒體上宣布，他公司的3D打印引擎將不僅為Blue Origin提供動(dòng)力，領(lǐng)導(dǎo)國(guó)家團(tuán)隊(duì)人類著陸系統(tǒng)（HLS）的月球著陸器，以支持NASA的Artemis計(jì)劃，但這將是第一個(gè)將女性帶到月球的人。 BE-7是Blue Origin系列中最新的高性能發(fā)動(dòng)機(jī)。高性能，增材制造的液氧/液氫登月發(fā)動(dòng)機(jī)，推力為10,000磅力（lbf）–節(jié)流至2,000 lbf，可精確登陸月球。作為一系列驗(yàn)證測(cè)試的一部分，最新的推力室測(cè)試測(cè)量了其從氫和氧冷卻的燃燒器段中提取能量的能力，該燃燒器段為發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪泵提供動(dòng)力，這是實(shí)現(xiàn)出色發(fā)動(dòng)機(jī)性能的關(guān)鍵。
印度太空初創(chuàng)公司推出全3D打印低溫火箭發(fā)動(dòng)機(jī)
2020年10月，印度航天技術(shù)初創(chuàng)公司Skyroot Aerospace推出了全3D打印低溫發(fā)動(dòng)機(jī)，旨在為Vikram-II火箭的上層燃料，該公司的較重的升空發(fā)射系統(tǒng)。這款名為Dhawan-1的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)被認(rèn)為是印度第一款私人研發(fā)的，以液體天然氣（LNG）和液氧（LoX）等推進(jìn)劑運(yùn)行的本土全低溫火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。 這個(gè)消息是在總理納倫德拉·莫迪（Narendra Modi）領(lǐng)導(dǎo)的聯(lián)邦內(nèi)閣決定開(kāi)放太空部門(mén)并使印度私營(yíng)部門(mén)參與整個(gè)太空活動(dòng)的三個(gè)月后發(fā)布的。莫迪認(rèn)為，就像10年前的IT行業(yè)一樣，印度的太空部門(mén)將在全球享有盛譽(yù)。像印度這樣的快速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)可能會(huì)迅速成為太空商業(yè)化競(jìng)賽的主要參與者之一，該競(jìng)賽將徹底改變行星外經(jīng)濟(jì)。
Skyroot Aerospace正在為印度建造進(jìn)入太空的通道。圖片由Skyroot Aerospace提供。
火箭實(shí)驗(yàn)室首次成功恢復(fù)助推器
新西蘭的發(fā)射服務(wù)提供商Rocket Lab首次成功恢復(fù)了電子發(fā)射器的第一階段。開(kāi)發(fā)可重復(fù)使用的火箭技術(shù)是航天公司的優(yōu)先任務(wù)之一，這使得進(jìn)入太空變得更容易，更快捷且更具成本效益。這家初創(chuàng)公司將3D打印用于火箭的主要部件，并于2020年11月19日啟動(dòng)了第16次電子任務(wù)，這是迄今為止單次飛行最大的衛(wèi)星有效載荷。僅僅幾個(gè)小時(shí)后，它在太平洋上受到控制地?fù)渎浜螅謴?fù)了兩級(jí)火箭的第一枚。舞臺(tái)不僅以出色的狀態(tài)從太空旅行中幸存下來(lái)，而且這一壯舉意味著該公司正朝著可重復(fù)使用的3D打印火箭前進(jìn)，因此將其推向了下一個(gè)階段。在2021年初，火箭實(shí)驗(yàn)室將再次發(fā)起恢復(fù)任務(wù)，開(kāi)啟了軌道衛(wèi)星進(jìn)入可能性的新紀(jì)元。
火箭實(shí)驗(yàn)室在“返回發(fā)件人”任務(wù)中首次恢復(fù)了電子助推器的第一階段。圖片由Rocket Lab通過(guò)Twitter提供
中國(guó)用50種3D打印零件向火箭發(fā)射火箭
中國(guó)邁出了對(duì)太陽(yáng)系進(jìn)行行星探索的第一步，于2020年7月23日向火星派出了一支長(zhǎng)征5火箭。這不僅是其首款從頭開(kāi)始專門(mén)針對(duì)非超液體火箭的運(yùn)載火箭推進(jìn)劑，但它也包含增材制造零件。當(dāng)?shù)?D打印系統(tǒng)供應(yīng)商Farsoon Technologies使用激光燒結(jié)平臺(tái)和高性能聚合物粉末材料為火箭的靜態(tài)射擊裙生產(chǎn)了50個(gè)零件，該零件在平臺(tái)和后支撐環(huán)之間提供了臨時(shí)結(jié)構(gòu)介質(zhì)，以保護(hù)解鎖裝置。機(jī)器的連續(xù)運(yùn)行有助于提高高質(zhì)量的功能性最終靜電點(diǎn)火裙的生產(chǎn)速度并降低制造成本，該裙邊由50個(gè)單獨(dú)的3D打印件組成，每個(gè)件的尺寸為370 x 100 x 125 mm，并且僅用48小時(shí)即可完成生產(chǎn)，由Farsoon撰寫(xiě)。組裝后，這些零件就構(gòu)成了直徑為5,000毫米的圓柱結(jié)構(gòu)。
中國(guó)長(zhǎng)征5號(hào)火箭的3D打印靜態(tài)發(fā)射裙邊零件。圖片由Farsoon Technologies提供
英國(guó)“土壤特性”3D打印引擎首次發(fā)射
火箭 軌道發(fā)射服務(wù)提供商O(píng)rbex最早將于2022年在蘇格蘭北部海岸最近批準(zhǔn)的太空中心將其火箭發(fā)射入軌道。這家英國(guó)公司于2020年6月26日宣布，薩瑟蘭太空中心正好在Orbex進(jìn)行了一段時(shí)間的緊張工作，整個(gè)流行期間，設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)工作仍在繼續(xù)。 Orbex的創(chuàng)新型航天器是作為一種環(huán)境可持續(xù)的發(fā)射系統(tǒng)而構(gòu)思和開(kāi)發(fā)的，它將使用世界上最大的3D打印火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。獨(dú)特制造的單件無(wú)接頭，接縫或焊縫，復(fù)雜的零件在進(jìn)入軌道時(shí)有望承受極端的溫度和壓力波動(dòng)。
Orbex的3D打印火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。圖片由Orbex提供
Aerojet Rocketdyne將通過(guò)NASA的3D打印零件制造更多的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)
作為與NASA長(zhǎng)期合作關(guān)系的一部分，位于加利福尼亞州薩克拉曼多的Aerojet Rocketdyne將制造總共24架RS-25火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，以支持多達(dá)六次太空發(fā)射系統(tǒng)飛行，合同總價(jià)值近35億美元。 該公司最初計(jì)劃生產(chǎn)六臺(tái)新的RS-25發(fā)動(dòng)機(jī)，并于2020年6月獲得了17.9億美元的合同修改合同，以制造18臺(tái)額外的RS-25火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，以支持未來(lái)的深空探測(cè)任務(wù)。據(jù)該公司稱，這些新發(fā)動(dòng)機(jī)是對(duì)航天飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的升級(jí)，后者被認(rèn)為是有史以來(lái)最可靠的發(fā)動(dòng)機(jī)之一。 Aerojet的AM團(tuán)隊(duì)正在使用GE Concept Laser和EOS機(jī)器來(lái)滿足其選擇性的激光熔化要求，并使用超級(jí)合金（主要是鎳基合金）來(lái)進(jìn)行3D打印的發(fā)動(dòng)機(jī)零件。洛克希德·馬丁公司可能會(huì)收購(gòu)Aerojet Rocketdyne，這對(duì)于全球最大的國(guó)防承包商來(lái)說(shuō)也是一個(gè)重大計(jì)劃。
在位于密西西比州宇航局Stennis航天中心的Aerojet Rocketdyne工廠檢查了三臺(tái)RS-25發(fā)動(dòng)機(jī)（來(lái)源：Aerojet Rocketdyne）
新材料將通過(guò)在月球上3D打印結(jié)構(gòu)測(cè)試
我們要在2024年到達(dá)月球。至少這是美國(guó)宇航局制定的計(jì)劃，這是阿耳emi彌斯計(jì)劃的一部分，該計(jì)劃要使第一位女性和下一個(gè)人進(jìn)入月球表面，這將是自1972年以來(lái)人類首次登陸。 Artemis大本營(yíng)用于長(zhǎng)期探索，將需要新功能來(lái)重新定義月球表面上的建筑物。為了使新的行星建筑技術(shù)成熟，美國(guó)國(guó)家航空航天局位于佛羅里達(dá)州的肯尼迪航天中心已與建筑和建筑技術(shù)公司合作，并獲得了美國(guó)宇航局3D打印棲息地挑戰(zhàn)賽AI SpaceFactory。 該合作伙伴關(guān)系將導(dǎo)致開(kāi)發(fā)一種新的3D打印材料，該材料使用模擬的月球重塑材料來(lái)模擬覆蓋在月球表面的碎石和塵土。 AI SpaceFactory和NASA隨后將使用該材料在真空室內(nèi)進(jìn)行3D打印測(cè)試結(jié)構(gòu)，以模擬月球上的環(huán)境條件。這項(xiàng)研究將有助于利用依賴于原位資源利用（ISRU）的技術(shù)使在其他世界上建造建筑物的方法變得更便宜。 紐約的AI太空工廠團(tuán)隊(duì)參加了NASA的3D打印棲息地挑戰(zhàn)賽。
NASA的3D打印火箭發(fā)動(dòng)機(jī)零件可經(jīng)受23次熱火測(cè)試
通過(guò)在11月進(jìn)行的一系列熱火試驗(yàn)，NASA證明了兩個(gè)增材制造的發(fā)動(dòng)機(jī)部件-銅合金燃燒室和由高強(qiáng)度耐氫合金制成的噴嘴-可以承受傳統(tǒng)制造的金屬結(jié)構(gòu)所經(jīng)歷的相同極端燃燒環(huán)境。飛行。該機(jī)構(gòu)表示，這些熱火試驗(yàn)是準(zhǔn)備用于未來(lái)月球和火星飛行任務(wù)的硬件的關(guān)鍵步驟。為期10天的熱火測(cè)試（總持續(xù)時(shí)間為280秒）是NASA長(zhǎng)壽命增材制造組件（LLAMA）項(xiàng)目的一部分，該項(xiàng)目旨在使這些3D打印部件以及其他增材制造的硬件能夠用于未來(lái)的月球著陸器。
增材制造的銅合金燃燒室和由高強(qiáng)度耐氫合金制成的噴嘴的熱火測(cè)試。圖片由NASA提供
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