在人類探索太空的百年征途中，火箭發(fā)動機始終是決定成敗的核心。傳統(tǒng)上，一款新型發(fā)動機從概念到點火，往往需要數(shù)百名工程師耗費數(shù)年時間、投入數(shù)億美元，反復(fù)修改圖紙、制造樣機、測試失敗、再優(yōu)化。然而，就在最近幾年，一種全新的研發(fā)模式正在悄然顛覆這一“重工業(yè)”邏輯——人工智能（AI）自主設(shè)計發(fā)動機結(jié)構(gòu)，金屬3D打印直接制造整機，短短幾周內(nèi)完成從零到成功點火的全過程。這場由算法與打印機驅(qū)動的“新范式革命”，正讓火箭發(fā)動機的研發(fā)從“手工鍛造”邁入“智能生成”時代。

傳統(tǒng)之路：昂貴、緩慢且充滿試錯

以SpaceX的猛禽發(fā)動機為例，其研發(fā)歷時近十年，經(jīng)歷了數(shù)十次重大設(shè)計迭代，僅原型機就報廢了上百臺。工程師需借助復(fù)雜的計算機輔助設(shè)計（CAD）和流體仿真（CFD）軟件，在成千上萬的設(shè)計變量中尋找最優(yōu)解。即便如此，仍難以兼顧性能、冷卻效率、結(jié)構(gòu)強度與可制造性。例如，燃燒室壁內(nèi)的冷卻通道既要保證燃料充分吸熱，又不能因過薄而燒穿，這種多目標(biāo)優(yōu)化問題極其復(fù)雜。

更棘手的是，許多創(chuàng)新構(gòu)型（如氣動塞式發(fā)動機）因內(nèi)部結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，傳統(tǒng)鑄造或焊接工藝根本無法實現(xiàn)，只能停留在紙面。因此，盡管理論性能優(yōu)越，這類“夢幻引擎”長期被束之高閣。

破局者登場：Leap71與Noyron AI

轉(zhuǎn)機出現(xiàn)在一家名為Leap71的初創(chuàng)公司。這家總部位于迪拜、核心團隊僅兩人的小企業(yè)，卻憑借自研的AI系統(tǒng)Noyron，在2025—2026年間連續(xù)成功點火多款全新設(shè)計的液氧甲烷火箭發(fā)動機，震驚業(yè)界。

Noyron并非普通的大模型，而是一個大型計算工程模型（Large Computational Engineering Model）。它將物理學(xué)定律（如納維-斯托克斯方程）、材料科學(xué)約束、熱力學(xué)邊界條件以及3D打印工藝限制全部編碼進算法之中。當(dāng)工程師輸入“推力20千牛、使用液氧甲烷、工作高度0–100公里”等抽象需求后，Noyron能在數(shù)小時內(nèi)自動生成一個完整、可制造、滿足所有物理約束的三維發(fā)動機模型——包括燃燒室形狀、噴管曲率、冷卻流道路徑等細(xì)節(jié)，全程無需人工干預(yù)。

更令人驚嘆的是，這些設(shè)計往往呈現(xiàn)出仿生學(xué)般的有機形態(tài)：冷卻通道如血管般分叉延伸，支撐結(jié)構(gòu)似骨骼般輕盈堅固。這種“非人類直覺”的設(shè)計，恰恰在性能與可靠性之間找到了更優(yōu)平衡。

3D打印：讓“不可能”變?yōu)楝F(xiàn)實

AI生成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，若沒有先進制造技術(shù)支撐，仍是空中樓閣。幸運的是，金屬增材制造（即金屬3D打印） 的成熟恰逢其時。

Leap71采用高溫銅合金（如CuCr1Zr）進行激光粉末床熔融（LPBF）打印，將整個發(fā)動機（包括燃燒室、噴管、冷卻通道）一體成型，徹底消除焊縫和接頭——這些往往是傳統(tǒng)發(fā)動機最易失效的薄弱環(huán)節(jié)。一臺20千牛推力的發(fā)動機，從數(shù)字模型到實體零件，僅需幾天時間，成本不足傳統(tǒng)方法的十分之一。

2025年底，Leap71在三周內(nèi)先后完成了兩款截然不同的發(fā)動機點火：

傳統(tǒng)鐘形噴管發(fā)動機：驗證基礎(chǔ)性能；

全尺寸氣動塞式發(fā)動機（Aerospike）：這種曾被視為“外星科技”的構(gòu)型，因其能自動適應(yīng)不同大氣壓、在海平面至真空均保持高效，理論上比傳統(tǒng)噴管提升15%比沖。但因其內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)極度復(fù)雜，半個多世紀(jì)來從未真正飛天。而AI+3D打印的組合，首次讓它從圖紙走向火焰。

點火測試中，兩臺發(fā)動機均穩(wěn)定達到50巴燃燒室壓力，噴出標(biāo)志性的藍色羽流，證明AI設(shè)計不僅可行，而且可靠。

為何氣動塞式發(fā)動機如此重要？

傳統(tǒng)火箭發(fā)動機使用鐘形噴管，其擴張比固定，只能在特定高度達到最佳效率。而在起飛階段（大氣稠密）或高空（接近真空），效率會顯著下降。為解決此問題，工程師不得不犧牲整體性能。

氣動塞式發(fā)動機則另辟蹊徑：它用一個中央“釘子”（spike）替代外壁，利用外部大氣壓力作為“天然噴管壁”。隨著高度上升、氣壓降低，“有效噴管”自動擴大，始終保持最優(yōu)膨脹比。這意味著：

單級入軌（SSTO）火箭成為可能；

可重復(fù)使用火箭在不同任務(wù)剖面下均能高效工作；

節(jié)流范圍更寬，適合精確著陸控制。

過去，NASA和洛克達因曾投入巨資研究，但因制造難度過高而放棄。如今，AI+3D打印讓這一“沉睡的巨人”蘇醒。

加速進化：從20千牛到2000千牛

Leap71的野心不止于此。據(jù)其公開路線圖，2026年將測試200千牛（約20噸推力） 級別發(fā)動機，未來目標(biāo)直指2000千牛（約200噸） ——接近SpaceX猛禽發(fā)動機的量級。

更關(guān)鍵的是其迭代速度：過去18個月，該公司平均每四周就點火一款全新發(fā)動機，通過“設(shè)計→打印→測試→數(shù)據(jù)反饋→模型優(yōu)化”的閉環(huán)，讓Noyron不斷學(xué)習(xí)真實世界的物理響應(yīng)。這種數(shù)據(jù)驅(qū)動的自主進化能力，遠超人類經(jīng)驗積累的速度。

聯(lián)合創(chuàng)始人Josefine Lissner直言：“下一代太空系統(tǒng)不會再由人類繪制，而是由計算生成?！?/p>

全球競速：中國也在加速布局

這場AI+3D打印的航天革命并非孤例。在中國，多家科研機構(gòu)與商業(yè)公司正積極跟進：

西安空天機電智能制造研究院已實現(xiàn)AI優(yōu)化的渦輪泵3D打印，并完成地面試車；

微光啟航等商業(yè)航天企業(yè)，正探索用生成式AI設(shè)計小型液體發(fā)動機；

高校如北航、哈工大，也在開展“智能設(shè)計+增材制造”一體化研究。

盡管在工程數(shù)據(jù)庫和算法成熟度上仍有差距，但中國龐大的制造業(yè)基礎(chǔ)與快速迭代能力，為追趕提供了獨特優(yōu)勢。

挑戰(zhàn)與未來：從“能造”到“可靠飛行”

當(dāng)然，AI設(shè)計的發(fā)動機要真正用于載人航天或深空探測，還需跨越多重門檻：

長期可靠性驗證：單次點火成功不等于數(shù)千秒連續(xù)工作的穩(wěn)定性；

極端環(huán)境適應(yīng)性：振動、沖擊、熱循環(huán)等復(fù)雜工況下的結(jié)構(gòu)完整性；

認(rèn)證體系缺失：現(xiàn)有航天質(zhì)量管理體系基于傳統(tǒng)設(shè)計流程，如何評估AI生成產(chǎn)品的安全性尚無標(biāo)準(zhǔn)。

但趨勢已然清晰：未來的火箭發(fā)動機，將不再依賴工程師的經(jīng)驗直覺，而是由算法在虛擬世界中億萬次模擬后“進化”而出，再由3D打印機精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)于現(xiàn)實。

工程的未來是“生成”而非“繪制”

Leap71的故事告訴我們，航天工業(yè)的壁壘正在被重新定義。曾經(jīng)需要國家力量支撐的尖端工程，如今可由極小團隊借助AI與數(shù)字制造工具實現(xiàn)突破。這不僅是效率的提升，更是設(shè)計哲學(xué)的根本轉(zhuǎn)變——從“人類想象+試錯修正”轉(zhuǎn)向“算法探索+物理驗證”。

正如其口號所言：“The future of engineering is not drawn—it’s generated.”（未來的工程不是畫出來的，而是生成的。）當(dāng)AI開始設(shè)計火箭，人類的角色將從“繪圖者”轉(zhuǎn)變?yōu)椤疤釂栒摺保何覀冎恍韪嬖V機器“想要什么”，剩下的，交給算法與時間。在這場靜悄悄的革命中，通往星辰大海的道路，或許比我們想象的更短、更智能。

審核編輯 黃宇