Launcher與NASA達(dá)成測試?yán)锍瘫�，擴(kuò)大VELO3D在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)制造方面的合作關(guān)系

美國私營航空航天公司Launcher在NASA斯坦尼斯航天中心對其3D打印的E-2火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的測試中達(dá)到了一個(gè)新的里程碑。Launcher公司于8月成功完成了推力室組件的熱火測試，這是繼今年早些時(shí)候其E-2火箭發(fā)動(dòng)機(jī)在斯坦尼斯取得一連串的測試成就之后又一項(xiàng)成績。發(fā)射公司還從3D打印機(jī)OEM廠商Velo3D購買了第二套能夠打印鈦的藍(lán)寶石3D打印系統(tǒng)，它將利用該系統(tǒng)開始打印發(fā)動(dòng)機(jī)的軌道器壓力容器。

發(fā)射公司的首席工程師Andre Ivankovic說："有機(jī)會(huì)與斯坦尼斯的世界級團(tuán)隊(duì)和設(shè)施合作，使我們能夠在E-2的開發(fā)中實(shí)現(xiàn)重大的里程碑。斯坦尼斯團(tuán)隊(duì)努力滿足我們的測試需求，該設(shè)施可以為我們提供大量的高壓氣體和推進(jìn)劑，以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。這些能力對于我們在成為商業(yè)租戶的第一年內(nèi)實(shí)現(xiàn)多次測試活動(dòng)至關(guān)重要。"

△在美國宇航局斯坦尼斯太空中心的E測試大樓，Launcher對其3D打印的Engine-2火箭發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了熱火測試。照片來自Launcher/John Kraus攝影

用3D打印技術(shù)優(yōu)化火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

Launcher公司成立于2017年，目標(biāo)是創(chuàng)造高效、最佳成本的火箭，能夠?qū)⑿⌒托l(wèi)星送入太空。在2019年收到一份150萬美元的太空部隊(duì)合同后，該公司開始開發(fā)3D打印部件，以升級其E-2發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。

E-2發(fā)動(dòng)機(jī)被設(shè)計(jì)為在海平面產(chǎn)生22,000磅的推力，使用RP-1（一種高純精煉的煤油）和液氧作為推進(jìn)劑。該發(fā)動(dòng)機(jī)將為該公司的"輕型Launcher"提供動(dòng)力，該Launcher在2024年首次發(fā)射時(shí)將能夠向低地球軌道（LEO）運(yùn)送多達(dá)330磅的有效載荷。

迄今為止，在打印的部件中，有一個(gè)火箭燃燒室，據(jù)說是同類產(chǎn)品中最大的部件，高860毫米，并且是單件3D打印。據(jù)發(fā)射公司稱，該燃燒室將產(chǎn)生最大的推力，產(chǎn)生最低的推進(jìn)劑消耗，并提供小型衛(wèi)星Launcher級別中較低的每磅推力成本。

發(fā)射公司的E-2發(fā)動(dòng)機(jī)是用高性能銅合金3D打印的，設(shè)計(jì)成需要更少的推進(jìn)劑才能進(jìn)入軌道。該公司希望這將使每枚火箭能夠運(yùn)送更多的衛(wèi)星貨物，從而使它能夠提供比其競爭對手更低的價(jià)格。

△Launcher的AMCM-3D打印燃燒室。照片來自AMCM

與斯坦尼斯的測試

斯坦尼斯航天中心是美國領(lǐng)先的火箭推進(jìn)測試設(shè)施，配備了專門的基礎(chǔ)設(shè)施、低溫推進(jìn)劑和高壓氣體設(shè)施和實(shí)驗(yàn)室。該中心還向其商業(yè)客戶、政府合作伙伴和學(xué)術(shù)界提供先進(jìn)的數(shù)據(jù)收集技術(shù)。

Launcher公司決定在斯坦尼斯測試其3D打印火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，因?yàn)樗�在測試全尺寸火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和部件方面具有專業(yè)性和靈活性。

發(fā)射公司創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官M(fèi)ax Haot說："當(dāng)我們在自己的試驗(yàn)場從1000磅推力的液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)測試擴(kuò)展到22000磅推力的發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，我們與NASA斯坦尼斯分校合作，因?yàn)槲覀兛梢岳�用驚人的低成本和令人難以置信的設(shè)施。一開始，我們想知道政府組織是否能夠相信我們的創(chuàng)業(yè)速度和工作能力。從那時(shí)起，我們對與美國國家航空航天局團(tuán)隊(duì)合作的偉大和輕松感到震驚，以至于我們把斯坦尼斯E綜合體稱為火箭發(fā)動(dòng)機(jī)測試的天堂。"

8月下旬，發(fā)射公司在斯坦尼斯成功完成了火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力室組件的5秒熱火測試，這是在該場地取得的一系列測試成果。早在2020年10月，該公司對其E-2發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器和燃燒室進(jìn)行了首次全面試射，隨后又對其與Velo3D合作打印的3D打印液氧（LOX）渦輪泵進(jìn)行了一系列測試。

在接下來的幾周里，發(fā)射公司計(jì)劃對其推力室組件進(jìn)行更長時(shí)間的測試。該公司計(jì)劃在明年年中對其與3D打印渦輪泵集成的E-2發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行全持續(xù)的全面測試。

負(fù)責(zé)監(jiān)督Launcher測試伙伴關(guān)系的NASA高級項(xiàng)目工程師David Skip Roberts說："有時(shí)有一種誤解，認(rèn)為與政府合作是昂貴的。然而，通過選擇在斯坦尼斯測試，像Launcher這樣的商業(yè)租戶可以減少測試風(fēng)險(xiǎn)，加快他們的開發(fā)過程，并產(chǎn)生成本節(jié)約。Launcher決定來斯坦尼斯的主要原因之一是我們的測試基礎(chǔ)設(shè)施和高壓氣體設(shè)施提供所需推進(jìn)劑和氣體的能力。"

△Launcher的3D打印渦輪泵組件。照片來自Launcher。

擴(kuò)大與Velo3D的合作關(guān)系

今年5月初，發(fā)射公司首次與Velo3D合作，優(yōu)化其E-2火箭發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)一個(gè)性能關(guān)鍵的遺產(chǎn)LOX渦輪泵組件的設(shè)計(jì)。渦輪泵的關(guān)鍵部件使用Velo3D藍(lán)寶石3D打印系統(tǒng)進(jìn)行3D打印，包括用鉻鎳鐵合金打印的泵出口外殼和用鋁打印的LOX泵進(jìn)口外殼。

渦輪泵的性能在4月份的一系列測試中在斯坦尼斯進(jìn)行了評估，包括液氮冷流測試，由總共7次測試組成，持續(xù)211.2秒，以及液氧冷流測試，包括8次測試，總共162.6秒。

在測試成功后，Launcher現(xiàn)在正通過購買第二套能夠打印鈦的Sapphire金屬AM系統(tǒng)來擴(kuò)大與Velo3D的合作。合作伙伴將共同合作，3D打印發(fā)射臺(tái)E-2發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料泵和渦輪外殼部分，第二臺(tái)藍(lán)寶石機(jī)器將用于3D打印發(fā)動(dòng)機(jī)的軌道器壓力容器。

Haot說補(bǔ)充說："Velo3D在我們的渦輪泵上真正實(shí)現(xiàn)了，包括其3D打印的旋轉(zhuǎn)葉輪，所有這些都在第一次使用第一臺(tái)原型機(jī)時(shí)，以30000轉(zhuǎn)/分的速度完美運(yùn)作�；鸺�發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪泵部件通常需要鑄造、鍛造和焊接。這些工藝所需的工具增加了開發(fā)成本，降低了設(shè)計(jì)迭代之間的靈活性。由于velo3d的技術(shù)能夠3D打印我們的渦輪泵，包括旋轉(zhuǎn)的鉻鎳鐵合金護(hù)罩葉輪，使得現(xiàn)在能夠以較低的成本和通過每個(gè)原型之間的迭代增加創(chuàng)新。"

△Launcher的軌道器推進(jìn)劑箱是使用其第一臺(tái)Velo3D藍(lán)寶石打印機(jī)用鉻鎳鐵合金打印出來的。照片來自Velo3D。