Ursa Major已交付第一批3D打印火箭發(fā)動機(jī)部件，工期從6個月縮短為1個月

2022年7月15日，南極熊獲悉，現(xiàn)今美國唯一一家私人投資的火箭發(fā)動機(jī)服務(wù)商Ursa Major，已在它的先進(jìn)實驗室，交付了該公司首批銅基3D打印火箭發(fā)動機(jī)部件。值得關(guān)注的是，該公司將生產(chǎn)和交付周期壓縮到一個月，而使用傳統(tǒng)制造工藝至少需要六個月。這些先進(jìn)的基于銅合金的發(fā)動機(jī)部件，將針對太空發(fā)射和高超音速應(yīng)用進(jìn)行測試。

△該位于俄亥俄州揚斯敦的先進(jìn)制造實驗室一角，它們的EOS激光粉末床融合3D 打印機(jī)（左），根據(jù)需要生產(chǎn)火箭發(fā)動機(jī)部件，以及技術(shù)員正在設(shè)置參數(shù)（右）

“在目前生產(chǎn)火箭發(fā)動機(jī)方面，速度至關(guān)重要，因為缺乏制造航天發(fā)動機(jī)技術(shù)，而導(dǎo)致美國目前在太空和高超音速的研發(fā)陷入了嚴(yán)重瓶頸，” Ursa Major創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官 Joe Laurienti說。“位于揚斯敦的Ursa Major工廠，在加快我們的客戶需求和政府部門的項目上，發(fā)揮著關(guān)鍵作用。”

△Arroway火箭發(fā)動機(jī)，3D打印銅結(jié)構(gòu)主燃燒室

Ursa Major先進(jìn)制造實驗室于2021年10月啟動，美國眾議員Tim Ryan 和國防部支持的制造創(chuàng)新研究所America Makes，提供了300萬美元的聯(lián)邦財政支持。建設(shè)該實驗室的目地，是為了開發(fā)和測試3D打印火箭發(fā)動機(jī)的性能，為進(jìn)一步大規(guī)模應(yīng)用該工藝于航空航天，和超高音速發(fā)動機(jī)而奠定基礎(chǔ)。

“Ursa Major皆在幫助美國，成為全球最大火箭發(fā)動機(jī)供應(yīng)商而努力，同時，還可以促進(jìn)俄亥俄州國內(nèi)創(chuàng)新和制造業(yè)的發(fā)展，”眾議員Tim Ryan說。“我很高興揚斯敦?fù)碛羞@個最先進(jìn)的設(shè)施，最終，將幫助美國重新獲得在太空，和高超音速技術(shù)方面的領(lǐng)導(dǎo)地位。”

該工廠配備了EOS 大幅面激光粉末床融合3D打印機(jī)，旨在為該公司的火箭發(fā)動機(jī)制造按需組件。它位于Youngstown企業(yè)孵化器內(nèi)，這是一個國際公認(rèn)的項目，專注于在該地區(qū)發(fā)展軟件和增材制造公司。

"這種先進(jìn)的3D打印技術(shù)，是美國制造尋求可支持美國創(chuàng)新的一個很好的例子，"美國制造執(zhí)行主任John Wilczynski說。"像Ursa Major這樣科技企業(yè)，可成為美國制造業(yè)復(fù)蘇的一部分，有助于加強我們的國內(nèi)供應(yīng)鏈"。

△Ursa Major 的團(tuán)隊成員正在處理3D打印火箭發(fā)動機(jī)部件。銅合金基火箭發(fā)動機(jī)部件，將用于某些太空發(fā)射和高超音速任務(wù)

現(xiàn)有的高溫金屬合金部件供應(yīng)鏈有限，可能需要數(shù)月才能完成所需的修訂。而Ursa Major實驗室加快了發(fā)動機(jī)開發(fā)過程，使他們能夠在內(nèi)部快速迭代設(shè)計調(diào)整，以提高發(fā)動機(jī)性能和可靠性。

Ursa Major宣稱，液態(tài)甲烷的優(yōu)點保護(hù)燃料比煤油燃燒更清潔、效率更高、成本更低等。該引擎可提供靈活的商業(yè)架構(gòu)選項，目標(biāo)是提高發(fā)射行業(yè)的市場采用率。同時，該公司特有的富燃料分級燃燒結(jié)構(gòu)，具有高比沖性能和高推重比的性能優(yōu)勢，適用于大規(guī)模生產(chǎn)高可靠性、可長時間重復(fù)使用和具有應(yīng)用廣泛等特點。

南極熊了解到，3D打印技術(shù)對于可以快速實現(xiàn)，重新設(shè)計“Ripley”發(fā)動機(jī)至關(guān)重要，據(jù)悉，通過3D打印技術(shù)的優(yōu)化，將該發(fā)動機(jī)的推力從 3.5萬磅增強到5磅，以此來滿足市場的新需求。

△左1Hadley，中Ripley，右Arroway

該公司表示，從Ripley獲得的技術(shù)經(jīng)驗，以及在該設(shè)施中生產(chǎn)的方法和材料，現(xiàn)在正在為他們的另外兩個火箭發(fā)動機(jī)項目的開發(fā)和測試做出貢獻(xiàn)。該公司正在研發(fā)的“Hadley”，一種推力為5千磅的富氧分級燃燒發(fā)動機(jī)，用于小型發(fā)射和高超音速，以及最近宣布的20萬磅推力“Arroway”，專為中型和重型發(fā)射而設(shè)計。

3D打印使Ursa Major能夠加快發(fā)動機(jī)生產(chǎn)速度，并實時應(yīng)用從測試中收集到的改進(jìn)，從而降低成本。該公司的火箭發(fā)動機(jī)除了必要的線束，剩余80%以上全部采用3D打印制造，主要在它位于科羅拉多州的Berthoud總部建造和測試。

△在該公司的EOS 3D打印機(jī)中，取出一個3D打印的銅火箭發(fā)動機(jī)組件。而后，Ursa Majoz將在位于科羅拉多州，Berthoud的總部使用這些組件進(jìn)行熱火測試

迄今為止，Ursa Major已經(jīng)制造和測試了50多臺分段燃燒火箭發(fā)動機(jī)，并計劃在年底前交付30名客戶。迄今為止，Ursa Major發(fā)動機(jī)已累積超過3.6萬秒的運行時間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過首飛前測試的典型發(fā)動機(jī)。

Ursa Major這種快速制造火箭發(fā)動機(jī)技術(shù)，未來可滿足從空中發(fā)射到高超音速飛行，再到多次重啟的在軌任務(wù)。