POLARIS航天飛機公司測試3D打印Aerospike火箭發(fā)動機

南極熊導讀：傳統(tǒng)上,，航天發(fā)射依賴于一次性使用的垂直發(fā)射火箭，這些火箭在完成任務(wù)后被丟棄,。然而,，近年來，可重復使用的火箭推進式“航天飛機”概念的出現(xiàn),，標志著航天運輸領(lǐng)域的一次重大變革,。

24年底，總部位于德國不來梅的航空航天初創(chuàng)公司北極星航天飛機公司（Polaris Spaceplanes），成功測試了3D打印的Aerospike火箭發(fā)動機,，標志著一個重要的里程碑,。這項測試凸顯了3D打印技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的日益增長的重要性。POLARIS預計,，MIRA II原型機最早將于2028年投入商業(yè)運營,。

△長五米的MIRA II原型機采用液氧/煤油火箭推進劑

通過3D打印對Aerospike發(fā)動機進行多方面的優(yōu)化

3D打印的快速原型制作能力允許工程師快速創(chuàng)建和測試新的設(shè)計迭代，加快了優(yōu)化過程并縮短了開發(fā)周期,。MIRA II原型機是在前身MIRA演示機的基礎(chǔ)上經(jīng)過改進而建造的,。MIRA演示機在2024年5月的一次試飛中墜毀。自那次事故以來,，POLARIS取得了顯著進展,。新原型機在一條飛機跑道上完成了三小時的發(fā)動機測試，并成功通過了波羅的海上空的無人飛行測試,。在最終測試中,，演示機搭載四臺渦輪噴氣發(fā)動機從佩內(nèi)明德機場起飛。點火后,，AS-1發(fā)動機燃燒了三秒,，產(chǎn)生了900牛頓的推力和4米/秒²的加速度。

3D打印允許創(chuàng)建復雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和拓撲優(yōu)化的組件,，從而減少材料使用并減輕整體重量，同時保持結(jié)構(gòu)的完整性和強度,。此外,，Aerospike發(fā)動機作為一種創(chuàng)新的火箭發(fā)動機，相較于傳統(tǒng)帶鐘形噴嘴的設(shè)計,，提供了更高的效率,。MIRA II采用的飛鏢形噴嘴設(shè)計具備多重優(yōu)勢，其中包括減輕重量——得益于緊湊且輕量化的結(jié)構(gòu)設(shè)計,。此外,，這種發(fā)動機能夠適應(yīng)不同的飛行高度和環(huán)境壓力，確保在各種條件下都能維持最佳性能,，并根據(jù)飛行條件有效調(diào)節(jié)推力,。

△已經(jīng)墜毀的MIRA第一代演示機

盡管如此，Aerospike推進器的一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)是在運行過程中產(chǎn)生的大量熱量,，這要求復雜的冷卻系統(tǒng),。為了克服這一難題，POLARIS Spaceplanes利用了AM Global的先進增材制造技術(shù),。公司計劃持續(xù)對Aerospike發(fā)動機進行優(yōu)化,，并已經(jīng)制定了詳盡的飛行測試計劃，旨在全面評估3D打印技術(shù)在實際運行中的性能和可靠性,。

△Aerospike發(fā)是一種特殊設(shè)計的火箭發(fā)動機,，結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的鐘形噴管不同

航天飛機的發(fā)展

歐洲航天局（ESA）的未來歐洲航天運輸投資計劃（FESTIP）等研究項目,，對航天飛機技術(shù)進行了深入研究，并確認了這種飛行器在未來的航天飛行中提供了一種經(jīng)濟高效的解決方案,。航天飛機設(shè)計的多樣性和技術(shù)進步,，如更高效的發(fā)動機、更輕的材料和更先進的飛行控制系統(tǒng),，都在推動著這一領(lǐng)域的發(fā)展,。

總結(jié)來說，航天飛機代表了一種創(chuàng)新的航天運輸方法,，它具有成本效益高,、操作靈活和安全性能強的特點，有望在未來成為主流的航天運輸手段,。隨著技術(shù)的不斷進步和相關(guān)研究的深入,，航天飛機的潛力和應(yīng)用范圍預計將進一步擴大。