完美的“馬赫環(huán)”，Launcher對其3D打印火箭發(fā)動機E-2引擎開展全力點火測試

導(dǎo)讀：雖然火箭發(fā)動機的制造難度相當(dāng)之高，但3D打印有望極大地緩解這方面的硬件工作。2022年4月26日，南極熊獲悉，Launcher公司在NASA斯坦尼斯航天中心成功完成了對其3D打印E-2引擎的全力點火測試，這將成為3D打印液體火箭發(fā)動機測試的又一個新的里程碑。

盡管距離正式入軌還有很長一段路要走，但這至少意味著 Launcher Light 運載火箭已經(jīng)向前邁出了一大步。Launcher公司此次的火箭發(fā)動機測試首次實現(xiàn)了額定推力、壓力和氧化劑/燃料混合配比，據(jù)說在40秒的試射后處于"完美狀態(tài)"。

現(xiàn)在，Launcher公司將把注意力轉(zhuǎn)向在5月的進一步測試中，計劃把火箭的燃燒（C*）效率從90%提高到其98%的目標(biāo)。

發(fā)射器的E-2火箭發(fā)動機

Launcher公司成立于2017年，愿景是建造出能夠?qū)⑿⌒托l(wèi)星送入太空的高效、經(jīng)濟的火箭。該公司在2019年獲得150萬美元的美國空軍合同后，開始開發(fā)3D打印部件，以提高其E-2發(fā)動機的性能。

E-2是一個封閉式3D打印的高性能液體火箭發(fā)動機，將為該公司的"輕型發(fā)射器"運載工具提供動力，計劃于2024年發(fā)射。一旦完成，一臺E-2發(fā)動機將能夠把"輕型發(fā)射器 "提升到低地球軌道（LEO），有效載荷為150公斤。

公司創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官 Max Haot 指出：在次優(yōu)條件下，3D 打印火箭開展了四次持續(xù) 10 秒的點火，但之后仍處于“完美狀態(tài)”，因而很好地展現(xiàn)了它的可重用潛力。

到目前為止，E-2發(fā)動機包含多個3D打印部件，這些部件是用高性能銅合金3D打印的，以便在進入軌道時需要更少的推進劑。E-2發(fā)動機由一個單件打印的燃燒室組成，據(jù)說是同類產(chǎn)品中最大的部件，高860毫米，還有一個3D打印的發(fā)動機噴油器。

Launcher與EOS集團的公司AMCM合作，開發(fā)了一個定制的大尺寸3D打印機，用于生產(chǎn)其發(fā)動機部件，而其燃燒室則使用AMCM的M4K機器生產(chǎn)。該公司在2020年對E-2發(fā)動機噴油器和燃燒室進行了首次全面試射，隨后又對其3D打印的液氧（LOX）渦輪泵進行了一系列測試，這臺泵是在Velo3D藍寶石打印機上3D打印完成的。

去年8月，Launcher公司在美國宇航局斯坦尼斯航天中心成功完成了推力室組件的熱火測試，幾個月后從Velo3D公司購買了第二臺能夠打印鈦金屬的藍寶石3D打印系統(tǒng)，公司將用它開始打印E-2的軌道器壓力容器。

最近，Launcher選擇了后處理系統(tǒng)制造商Solukon作為其脫粉系統(tǒng)的首選供應(yīng)商。該公司已經(jīng)整合了Solukon的SFM-AT1000-S脫粉機，對其3D打印的火箭部件進行后處理，并進一步實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化。

△美國宇航局斯坦尼斯航天中心測試臺上的發(fā)射器E-2推力室組件。照片來自Launcher/John Kraus攝影。

實現(xiàn)全部推力

Launcher公司的E-2發(fā)動機現(xiàn)在已經(jīng)達到了另一個測試里程碑。這款發(fā)動機在測試期間成功展示了約為 22046 磅-英尺（10公噸左右)的全推力，同時實現(xiàn)了100bar的燃燒壓力。該發(fā)動機還實現(xiàn)了氧化劑與燃料混合比的最高性能，即在100bar壓力下LOX的2.62推進劑混合比。

更重要的是，該公司在沒有融化硬件的情況下實現(xiàn)了這一目標(biāo)。在總共40秒的測試點火時間后，3D打印的銅合金燃燒室仍處于 "完美 "狀態(tài)，顯示了其可重復(fù)使用性。

△點火測試

展望未來，Launcher公司將在5月初用相同的燃燒室和噴射器再次測試E-2，盡管這些部件將被輕微地重新加工，以去除所有的薄膜冷卻，以便進一步提高性能。該公司的目標(biāo)是將C*效率從最近一次測試中實現(xiàn)的90%提高到98%，這是其最終目標(biāo)。

該公司還希望在5月的測試中看到其基于LOX/煤油的發(fā)動機的標(biāo)志性藍色馬赫鉆石，它說這將是全球第一。

關(guān)于LOX渦輪泵的開發(fā)，Launcher成功地測試了該組件在130%額定流量下的增壓模式。作為下一步，該公司預(yù)計將在2022年第四季度展示閉合循環(huán)配置下的渦輪泵的全時三分鐘測試。

△發(fā)射器的E-2燃燒室咽喉在測試活動后處于"完美 "狀態(tài)。照片來源：Launcher

最近的火箭測試成就

在

Launcher

公司在開發(fā)E-2火箭發(fā)動機方面取得重大進展的同時，該領(lǐng)域的其他參與者也在自己的發(fā)動機方面取得重大進程。隨著太空競賽的持續(xù)升溫，火箭實驗室、SpaceX、Orbex和RelativitySpace等領(lǐng)域的知名企業(yè)都在利用增材制造，而一些新來者也在加入這場競賽。

僅在過去的幾個月里，推進系統(tǒng)制造商Aerojet Rocketdyne已經(jīng)成功地測試了一個scramjet系統(tǒng)，作為美國高超音速導(dǎo)彈研究項目的一部分。該公司表示，通過3D打印發(fā)動機的驅(qū)動系統(tǒng)，它可以使用比制造其先前迭代所需的95%的零件來建造該組件。

在其他地方，空間技術(shù)3D打印公司X-BowLaunch Systems上個月推出了適用于軌道和亞軌道發(fā)射的小型運載火箭陣容，退出了隱身模式，而中國的初創(chuàng)公司SpaceTai宣布了其3D打印火箭明年進行首次亞軌道試飛的計劃。