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3D打印火箭:2020年的最新进展

来源:客户端

发布时间:2020-02-13 17:30:13

点击量:1908

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在航天领域,应用3D打印技术来制造火箭正在变得流行起来,因为3D打印火箭具有不错的效率和承载能力,2020年2月13日,注意到外媒总结了2020年3D打印火箭的最新进展!本文我们将一起来看看。


3D打印先进的火箭——改变航空航天业




这台3D打印机由多个机械臂提供动力,这些机械臂能够打印最终用途的金属零件。

近年来太空产业似乎并没有真正迈出任何大步伐。 然而,许多公司都在研发方面投入了天文数字的资金,希望在航天领域创造出下一个重大成就。 为此,3D打印(也称为增材制造)的最新发展使其成为影响航空航天工业的最重要技术之一。

卫星已经成为科学家和工程师的主要关注点,它可以用于高级研究以及更多的商业用途,例如全球互联网系统。 但是,这些卫星需要一种进入轨道的方法,而最好的方法仍然是使用火箭。 碰巧,制造火箭并将有效载荷发送到太空是一件非常昂贵的事情。

目前,将制造火箭的成本降至最低一直是业界的目标。 实现该目标的关键是使火箭更轻便,更省油,更便宜。 这就是3D打印的用武之地。


3D打印的优势

3D打印在火箭制造业务中的主要优势在于能够减少零件数量并使生产线具有灵活性,而无需在制造每种设计之前就对专用工具进行数千万甚至数亿美元的投资。

火箭由成千上万的零件组成,使其成为非常复杂的产品。 借助3D打印,可以大大减少火箭的零件数量,从而降低成本。 通过这种方式,我们正在进入具有成本效益的火箭制造和太空业务的新时代。

和我们在一起,探索3D打印火箭的最新,最激动人心的进步!


3D打印先进火箭——Relativity Space:3D打印整个火箭



3D打印火箭发动机Aeon 1(来源:Relativity Space)

Relativity Space是一家成立于2015年的公司,其目标是制造世界上第一枚完全3D打印火箭,称为Terran 1。

该公司的主要目标是使用3D打印机,以尽可能减少火箭的零件数量,并使火箭的生产成为灵活的过程。

平均而言,火箭大约有50,000至100,000个零件,这使其与汽车一样复杂。 Relativity Space已成功地将火箭上的零件数量减少到约1000个,从而大大降低了成本。


Stargate 3D打印机

由于3D打印似乎是其项目的理想制造方法,因此Relativity不断开发自己的3D打印机Stargate。 它是世界上最大的金属3D打印机之一,并且负责Terran 1的大部分生产。

整个系统由三个机械臂组成,一个机械臂用于打印,另外两个机械臂用于后处理。 所使用的技术是直接能量沉积,该方法是将金属丝送入熔化区,然后挤压成所需的形状。 用外行的话来说,基本上是3D焊接。



螺母和螺栓

Relativity Space的创新不止于此,因为他们还投资了AI来监控生产过程,从而以各种可能的方式使其变得更好,更高效。

Terran 1火箭的最大有效载荷为1,250公斤,由9台Aeon 1发动机提供动力,这些发动机经过3D打印,并使用液态甲烷和液态氧作为推进剂。

油箱也通过Stargate打印机3D打印。从外部看,该油箱看起来像一个简单的结构,但实际上它由两个内部油箱组成,因为每种推进剂都需要分开存放。由于Stargate打印机的大容积,该罐可以单件打印而没有接缝,因此非常安全,避免了潜在的泄漏。

正如该公司网站所声称的那样,他们的Stargate工厂能够在60天内打印出Terran 1,将其从原材料一直带到可飞行的车辆中。相比之下,常规火箭制造的交付周期通常超过一年!

Stargate 负责制造火箭结构和推进剂油箱,而较小的部件和发动机则在直接金属激光烧结(DMLS)3D打印机上打印。

轨道测试定于2021年进行,而商用火箭的正式发射应在此后不久进行。


3D打印先进火箭——Orbex:世界上最大的3D打印火箭引擎



Orbex的3D打印引擎也是一件很棒的事情(来源:Orbex)

Orbex是一家总部位于英国的初创公司,专门开发卫星运载火箭。 Orbex推出了该公司的环保火箭Prime,用于提供低成本的轨道发射服务,获得了广泛的媒体报道。 考虑到Orbex成立仅5年,这是一个了不起的成就。

为了使Orbex达到低成本轨道发射的目标,用可用的最佳材料制造轻型火箭非常重要。 尽管大多数火箭是由碳纤维,铝和石墨烯复合材料制成的,但3D打印仍在Orbex中发挥着作用,它的作用是什么。


一场大的交易

Orbex的运载火箭由世界上最大的3D打印火箭发动机提供动力。 它在SLM Solutions 800机器上一次打印,无需多余的接头。 它燃烧生物丙烷燃料,以确保尽可能降低碳排放量。

在撰写本文时,Orbex的运载火箭即将于2021年首次发射。 


3D打印先进火箭——Rocket Lab:低地球轨道的小型卫星



这就是神奇的地方(资料来源:YouTube的Rocket Lab)

Rocket Lab是一家位于加利福尼亚的航空航天公司,致力于将小型卫星送入低地球轨道。

最近,该公司推出了新的两阶段运载火箭Electron。 火箭本身由碳复合材料制成,以尽可能减轻重量, 最大有效载荷为225公斤。

Rocket Lab更有趣的方面之一是使用特殊的3D打印卢瑟福引擎。


什么是卢瑟福引擎?

以欧内斯特·卢瑟福(Ernest Rutherford)的名字命名的卢瑟福发动机是一种使用氧气和煤油作为推进剂的小型火箭发动机。 将易于生产的简单设计与专业的电子束熔化(EBM)3D打印机相结合,可实现高效的成本削减设置。



Rocket Lab的3D打印卢瑟福引擎(来源:SpaceFlight Insider)

到目前为止,Rocket Lab已经打印了100多个这样的发动机,它们已经成功完成了各种测试程序。 生产过程本身令人印象深刻(这是Rocket Lab所独有的),每个火箭只需24小时。

话虽如此,可以说火箭实验室正在努力实现释放太空潜力的愿景。


3D打印先进火箭——Launcher:高效引擎



测试Engine-1(来源:Launcher)

Launcher是一家位于布鲁克林的新兴公司,致力于开发世界上最高效的“小型火箭”,以将小型卫星送入轨道。 他们的解决方案是Rocket-1,这是一枚20米长的火箭,配备了一组5台Engine-2推进器,火箭的最大有效载荷能力为773千克。

为了为卫星发射提供有竞争力的价格,火箭和发动机的生产成本必须尽可能低。 通过与EOS和AMCM合作,Launcher在其工作流程中实施了3D打印。

Engine-2

Engine-2具有世界上最大的一体式3D打印燃烧室,该燃烧室由粉末3D打印机上的铜合金一体成型。 一次打印所有零件使生产变得容易,因为不需要接缝。 这也使他们能够开发出效率高达98%的推进器,这是一项了不起的成就。

该发动机使用煤油和液态氧作为推进剂,它有望提供22,000磅力(约97,860牛顿)的强劲推力。

3D打印先进火箭——Skyrora:塑料废物到推进剂



3D打印机对于开发和生产都是至关重要的(来源:Instagram的Skyrora)

Skyrora是一家位于爱丁堡的公司,专注于卫星发射。我们在文章中有几家类似的公司,但是Skyrora凭借其创新的燃料添加方法引起了我们的注意。

Skyrora设法找到了一种方法,可以从塑料废料中开发燃料,尤其是煤油。他们称其为“二十碳烯”,燃烧时产生的气体排放量减少约45%。

Skyrora从塑料废料中提取燃料的过程引起了航天工业的广泛关注。而且它变得更好,因为据称该工艺能够在创纪录的24小时内从1,000公斤的塑料废料中生产600公斤的煤油。

Skyrora开发了这种燃料来为其3.5 kN 3D打印引擎系统Leo提供动力,该系统有望在长度为22米的Skyrora XL火箭中找到自己的用途。 3D打印引擎系统还可以用于在火箭到达轨道后对其进行机动,因为它具有可以重新启动的创新功能。

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