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2021/05/21
新型3D列印火箭引擎,通過NASA的熱火測試嘍!
美國引擎系統製造商Aerojet Rocketdyne宣佈RL10火箭引擎的升級版已成功通過NASA的熱火測試程序,而這個3D列印出來的火箭引擎,其中有何奧妙?
在試驗期間,該公司的新型RL10C-X上部引擎以增材製造的噴油器和燃燒室,在空間模擬中展示了點火裝置和長期耐用性。與美國聯合發射聯盟(ULA)一起開發的RL10C-X,是為了推動其下一代的Vulcan Centaur運載火箭,作為即將進行的探索性太空任務的一部分。
Aerojet Rocketdyne首席執行官Eileen P. Drake表示,成功完成該測試系列後,驗證他們將3D列印技術整合到RL10項目的方法,不僅能降低成本,並能保持引擎無與倫比的性能。而RL10在近60年來一直是該行業的主力軍,RL10C-X將有助於確保引擎保持這一領導地位。
一位Aerojet Rocketdyne工程師正在準備該公司的RL10C-X火箭引擎進行測試。
Aerojet Rocketdyne與3D列印
除了火箭引擎之外,Aerojet Rocketdyne還以導彈防禦和戰術系統的製造商而聞名,這些系統可滿足美國客戶和國外機構的需求。該公司20多年來一直致力於將3D列印技術融入其生產過程中,以產生可用於太空飛行的部件,在降低產品成本的同時,亦提高設計的複雜性,並取得了進展。早在2017年3月,Aerojet Rocketdyne再次承諾使用Sigma實驗室的PrintRite3D軟體,此軟體起到了加快其認證工作流程的作用。該公司還在其AR1火箭引擎中整合了一個3D列印的預燃器,並對它進行了熱火測試,此外,還在2017年完成了關鍵設計審查(CDR)。
最近,Aerojet Rocketdyne收購了3D Material Technologies (3DMT),此舉將該公司的3D列印、CNC加工和MIM功能納入他們的投資組合中。利用他們增材製造的專業知識,該公司現在也生產RS-25引擎的關鍵零件,最近更獲得了一份價值17.9億美元的合約——為NASA的SLS項目生產18個系統。
RL10C-X的任務測試
Aerojet Rocketdyne的RL10引擎於1959年首次測試,多年來已發射了數百顆衛星、探索性航天器和著陸器。在這段時間裡,該系統經歷了9次重大升級,並鑑於它具有深度的節流能力,可降低到額定推力的10%,因此該引擎繼續作為NASA大型月球著陸器任務的動力工具。為了確保引擎系統的持續功效,Aerojet Rocketdyne一直與ULA和美國空軍合作開發其增強型RL10C-X模型至少已有4年了,最初,該公司於2017年進行3D列印和測試組件,然後成功地將鎳增材製造的可再生冷卻噴頭,整合到火箭的推力室組件中。
一旦Aerojet Rocketdyne建立了一個可量產的引擎配置後,它就在2019年4月進行了一次全面的海平面測試,並沒有發生任何事故,此後也已啟動了32次。在該公司的最新評估中,RL10C-X經受了兩次熱火高度測試,而這些測試是在真空中進行的,用以模擬太空的環境條件。事實證明,經過3D列印優化的引擎能夠點燃並提供24,000磅的推力,同時可以承受多次重啟和長時間的運行。如今,RL10C-X已完成了超過5,000秒的全引擎熱火測試時間,將被用作ULA的Vulcan Centaur火箭動力,該火箭在2021年4月被列入NASA的太空運載火箭目錄中。
Aerojet Rocketdyne航天業務部高級副總裁Jim Maser表示,他們在這個計劃上取得的傑出進展,證明整個RL10C-X引擎系統已經成熟,並可投入使用。它不僅證明了RL10設計的功能和穩健性,而且還證明了該團隊在氫引擎開發和發展方面的豐富經驗。
Aerojet Rocketdyne的3D列印Bantam火箭引擎,在NASA的馬歇爾太空飛行中心進行了發射測試。
3D列印的太空競賽
為了執行未來的太空任務,NASA正愈來愈轉向那些使用3D列印技術來增強飛行能力的火箭引擎之私營航太公司,例如,在今年初,3D列印火箭製造商Relativity Space獲得了一份價值300萬美元的NASA合約——用於發射小型衛星進入軌道。NASA本身也對增材製造的引擎部件進行了研究,於2020年12月完成了23次銅質燃燒室和鐵鎳超合金噴頭的熱火測試,而在評估的過程中,經優化的DED列印部件也被證明能夠承受比極限高溫更高的熱量。
在其他地方,NASA的科學家與約翰‧霍普金斯大學(Johns Hopkins University)合作,正在採取完全不同的方法對太陽能引擎火箭設計進行實驗,研究人員目前正在探索使用金屬3D列印作為優化該設備隔熱罩的可能性。
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