西班牙初創(chuàng)公司Pangea Aerospace和Aenium Engineering將擁有在歐洲開發(fā)和工業(yè)化先進(jìn)3D打印推進(jìn)系統(tǒng)的獨(dú)家能力，該系統(tǒng)由NASA創(chuàng)建的名為GRCop-42的創(chuàng)新銅合金材料制成。通過此次合作，Pangea將在2021年第3季度測試其首款基于GRCop-42的Aerospike火箭發(fā)動機(jī)，由于其更高的效率、可重復(fù)使用性、極低的成本和快速制造，預(yù)計(jì)將徹底改變火箭推進(jìn)方式。

■用于火箭的Aerospike推進(jìn)器。圖片由Pangea Aerospace提供

歷史上已經(jīng)開發(fā)了幾種Aerospike發(fā)動機(jī)，但都沒有飛行過。與傳統(tǒng)的火箭發(fā)動機(jī)不同，它的特點(diǎn)是鐘形噴嘴可以壓縮膨脹的氣體，基本的Aerospike形狀是鐘形內(nèi)外翻轉(zhuǎn)的形狀。那么，為什么火箭上不使用Aerospike發(fā)動機(jī)呢？這主要是由于歷史上與Aerospike噴嘴相關(guān)的工程困難：冷卻、重量和制造成本。然而，今天的3D打印技術(shù)和新材料，如GRCop-42，增加了以很少的成本和時間構(gòu)建功能性和經(jīng)濟(jì)上可行的Aerospike發(fā)動機(jī)的可能性。

事實(shí)上，根據(jù)Pangea首席執(zhí)行官Adrià Argemi的說法，GRCop-42合金是使該公司能夠解決Aerospike火箭發(fā)動機(jī)噴嘴熱挑戰(zhàn)的關(guān)鍵解決方案之一。該材料最初于2019年由NASA研究人員團(tuán)隊(duì)開發(fā)，作為粉末床融合打印的原料，在惡劣環(huán)境中表現(xiàn)出卓越的熱機(jī)械性能。NASA已經(jīng)使用金屬粉末來生產(chǎn)和測試接近完全致密的3D打印部件，例如燃燒室襯里和燃料噴射器面板。

通過集成增材制造 (AM)、復(fù)雜的后處理和GRCop-42，Pangea和Aenium現(xiàn)在可以為歐洲航空航天市場開發(fā)和商業(yè)化推進(jìn)系統(tǒng)，讓不斷增長的航天工業(yè)中的更多初創(chuàng)公司獲得先進(jìn)的推進(jìn)解決方案。他們共同設(shè)計(jì)了一種可3D打印的Aerospike火箭發(fā)動機(jī)噴嘴，該發(fā)動機(jī)的效率應(yīng)該比傳統(tǒng)生產(chǎn)的發(fā)動機(jī)高15%，從而可以顯著增加任何運(yùn)載火箭的有效載荷。此外，由于3D打印的固有優(yōu)勢，Aerospike發(fā)動機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)可以僅由2件增材制造的零部件組成，成本僅為其中的一小部分，并且可以重復(fù)使用至少10次。

■Aenium Engineering為火箭發(fā)動機(jī)3D打印基于GRCop-42的Aerospike發(fā)動機(jī)噴嘴。圖片由Aenium Engineering提供

Pangea目前正在制造DemoP1，這是一種液氧和甲烷氣頂發(fā)動機(jī)演示器，旨在表征和驗(yàn)證未來Aerospike發(fā)動機(jī)發(fā)展的幾項(xiàng)關(guān)鍵使能技術(shù)，包括使用甲烷作為燃料，其制造方法與雙再生冷卻系統(tǒng)Aenium一起開發(fā)，以及可重用性所需的設(shè)計(jì)。一旦投入使用，該公司希望其基于Aerospike發(fā)動機(jī)幾何結(jié)構(gòu)的太空推進(jìn)系統(tǒng)將成為小型衛(wèi)星、深空任務(wù)和著陸器的理想選擇。

得益于此次合作，Pangea已經(jīng)開始對其更大的、可商用的Aerospike發(fā)動機(jī)及其子系統(tǒng)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。這家初創(chuàng)公司位于巴塞羅那，旨在徹底改變現(xiàn)代太空發(fā)射系統(tǒng)的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。首先，通過3D打印開發(fā)高效和現(xiàn)代的火箭發(fā)動機(jī)，以應(yīng)對不斷發(fā)展的太空生態(tài)系統(tǒng)的挑戰(zhàn)。未來，這家初創(chuàng)公司計(jì)劃使用相同的技術(shù)開發(fā)可重復(fù)使用的微型發(fā)射器，設(shè)計(jì)用于承載高達(dá)350公斤有效載荷的小型商業(yè)或?qū)嶒?yàn)衛(wèi)星。它的第一個設(shè)計(jì)是Meso火箭，它將使用一個Aerospike發(fā)動機(jī)和一個新穎的、獲得專利的回收系統(tǒng)來安全著陸以重新使用第一級。

與數(shù)百家致力于推動離地體驗(yàn)的初創(chuàng)公司中一樣，Pangea仍在開發(fā)其產(chǎn)品?，F(xiàn)階段競爭激烈，很多公司都在追求小型運(yùn)載火箭、衛(wèi)星和火箭發(fā)動機(jī)。為下一代運(yùn)載火箭創(chuàng)造技術(shù)的商業(yè)競賽導(dǎo)致許多企業(yè)利用3D打印來構(gòu)建復(fù)雜的零件，否則傳統(tǒng)制造很難做到這一點(diǎn)。通過與Aenium的AM專家合作，Pangea希望為歐洲航空航天業(yè)打開大門，讓他們更快、更便宜地獲取尖端材料。

■Pangea Aerospace與Aenium簽署協(xié)議。圖片由Pangea Aerospace和Aenium提供

Aenium首席信息官M(fèi)iguel Ampudia表示：“該聯(lián)盟將推動下一代可重復(fù)使用的火箭發(fā)動機(jī)，也為歐盟市場帶來機(jī)會，通過最具創(chuàng)新性的材料科學(xué)和合格的工業(yè)增材制造來改進(jìn)其燃燒設(shè)備。”

兩家公司正式簽署的協(xié)議確保了在設(shè)計(jì)復(fù)雜燃燒裝置方面的突破，并推動對迄今為止未經(jīng)處理的不同類型的先進(jìn)高溫合金進(jìn)行分析，以用于航天領(lǐng)域最苛刻的應(yīng)用。