自從SpaceX首次亮相以來，私人太空發(fā)射業(yè)已大大擴展，但是某些市場（例如印度）現(xiàn)在才獲得監(jiān)管支持，現(xiàn)在，這些障礙正在逐漸消除，印度私人發(fā)射初創(chuàng)公司Skyroot正在飛躍成為該國第一家私人航天運載火箭制造商，并通過一項新的成功的上級發(fā)動機燃燒測試取得了重大技術(shù)進步。近日，Skyroot 成功地測試了裝有帶100％3D打印噴油器的火箭發(fā)動機，火箭發(fā)動機是配置在其Vikram I運載火箭上的。

3D打印助力開啟民營航空

據(jù)悉，Skyroot成立于兩年前，其團隊由之前曾在印度空間研究組織（ISRO）工作過的火箭工程師組成，到目前為止，這家初創(chuàng)公司已經(jīng)籌集了430萬美元，其中包括來自太空和國防承包商Solar Industries的融資，目前正在重新進行融資流程，計劃在2021年之前再獲得1500萬美元的投資。

3D打印搭建競爭優(yōu)勢

在技術(shù)方面，Skyroot目前專注于開發(fā)其首款Vikram I運載火箭，3D打印也是Skyroot整體火箭制造技術(shù)的關(guān)鍵部分，Skyroot公司稱通過3D打印技術(shù)可將發(fā)動機質(zhì)量降低50%，并減少其構(gòu)造所需的零部件，且將其生產(chǎn)的交貨時間縮短了80%。Skyroot下一步將對正在研發(fā)的火箭的兩個完整階段進行試射，該公司還同時在開發(fā)下一代運載火箭Vikram-2和Vikram-3，這些運載火箭將在2022年至2023年之間的某個時間點問世，并與現(xiàn)有的更大的拼車式火箭具有成本競爭力。

這款名為“拉曼”的發(fā)動機可以將多顆衛(wèi)星送入軌道。拉曼發(fā)動機由UDMH和NTO液體燃料提供動力，由4個發(fā)動機組成的發(fā)動機組合產(chǎn)生3.4kN的推力，拉曼發(fā)動機是四級火箭Vikram I的最后一級。VikramI將由3級固體燃料發(fā)動機提供動力，而目前已測試的最后一級是液體燃料發(fā)動機。這是印度首款100％3D打印的雙推進劑液體火箭發(fā)動機噴油器。與傳統(tǒng)制造相比，該引擎能夠多次重啟，使他們能夠在一次任務中將各種衛(wèi)星插入多個軌道。

關(guān)于通過3D打印技術(shù)制造3D打印注射器，除金屬外，Skyroot還在3D打印過程中使用特殊材料，Skyroot期待將3D打印應用到Vikram-2火箭中。Skyroot已經(jīng)開發(fā)了用于運載火箭制導、導航和控制功能的內(nèi)部軟件，并且正在進行機載航空電子模塊的測試，Skyroot的目標是它的首枚運載火箭于2021年12月發(fā)射，并將多顆衛(wèi)星插入太空。

油氣混合，3D打印來解決

在液氧/煤油發(fā)動機噴油器部件方面，早在2018年，德國航天中心DLR與3D Systems客戶創(chuàng)新中心CIC合作，設(shè)計了一個3D打印噴射器，以此來實現(xiàn)新性能。火箭發(fā)動機的噴射器是燃料和氧化劑進入燃燒室的部分。成功的液體火箭燃料噴射器以特定方式推動部件，確保其霧化和適當混合，產(chǎn)生移動火箭所需的燃燒。通過使用金屬3D打印，航空航天中心能夠徹底改變同軸噴射器的設(shè)計方法，無需多個組件，顯著降低生產(chǎn)時間和成本。零件數(shù)量從30減少到1有助于最終減重10%，并消除了緊固處已知的故障點，有利于減少相關(guān)的質(zhì)量管控措施，提升了系統(tǒng)性能。

德國航天中心火箭噴油器的最終部件通過3D Systems的金屬打印機ProX DMP 320進行打印，使用的材料是LaserForm? Ni718 （A），一種抗氧化和耐腐蝕的鉻鎳鐵合金。這種材料具有良好的抗拉強度、耐疲勞性、抗蠕變性和持久強度，即使溫度達到700?c，是高溫應用的理想選擇。金屬3D打印幫助航空航天中心采用同軸噴射技術(shù)和雙旋流噴射器元件，優(yōu)化噴射頭的氧化劑和燃料混合。采用了兩種不同的冷卻方案，每一種都采用最小特征尺寸為0.2毫米、最大長度/直徑比為45的細通道。該設(shè)計還集成了噴射頭的鋪膜特性，使工程師能夠直接調(diào)整噴油器處的膜質(zhì)量流量。

航天中心通過直接將冷卻劑分配系統(tǒng)與噴射器集成，使性能有所提升，工程師能夠?qū)嵤┎ⅹ毩⒖刂票诿姘l(fā)汗和氣膜冷卻技術(shù)。當在噴射器內(nèi)使用時，在燃燒室內(nèi)熱的一側(cè)形成冷卻劑膜，以保護壁面結(jié)構(gòu)不受高熱通量的影響。這種系統(tǒng)被認為比傳統(tǒng)的再生冷卻更容易制造和經(jīng)濟。與陶瓷纖維基復合材料（CMCS）等復雜的陶瓷材料結(jié)合一起，航天中心和3D Systems開發(fā)的設(shè)計和制造方法有可能支持為了噴射頭開發(fā)的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)被多次重復使用，并將技術(shù)轉(zhuǎn)移到其他應用中。為了簡化理解3D打印在動力零件的應用邏輯，可以把動力裝備的發(fā)展要求概括為亮點：爆發(fā)力強、安全性高。而3D打印釋放了設(shè)計與制造的自由度，通過優(yōu)化燃料與空氣的混合比，提升動力裝備的動能；另一方面，通過3D打印冷卻通道或者是銅金屬，提升了動力裝備的快速散熱性能，獲得更高的安全性。

本文中所提到的噴油器，正是利用了3D打印成就復雜設(shè)計的特點，成就更強健的火箭發(fā)動機。
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