作為阿爾忒彌斯計劃的一部分，美國國家航空航天局（NASA）正在開發(fā)更輕、更高效的液體火箭引擎部件，用于未來的月球、火星等任務(wù)。
推力室組件是火箭發(fā)動機(jī)最昂貴的部件，因為它們非常復(fù)雜，需要很長時間來制造，同時它們也是火箭發(fā)動機(jī)中最重的部件，是名副其實的“燒錢”。為此，NASA與阿拉巴馬州奧本大學(xué)合作開展了快速分析和制造推進(jìn)技術(shù)（RAMPT）項目，旨在尋找一種能夠提高火箭推力室組件性能，降低生產(chǎn)成本的制造方法。
RAMPT項目團(tuán)隊利用金屬粉末和激光來3D打印火箭發(fā)動機(jī)部件，這項技術(shù)被稱為DED定向能量沉積（blownpowderdirectedenergydeposition，俗稱送粉或送絲），可以降低大型復(fù)雜發(fā)動機(jī)部件（如噴嘴和燃燒室等）的成本和交貨時間。
圖片來源 : 美國國家航空航天局 NASA
這項3D打印技術(shù)，將金屬粉末注入激光加熱的熔融金屬池或熔池中。吹粉噴嘴和激光光學(xué)元件集成在打印頭中。打印頭安裝在機(jī)器人上，并由計算機(jī)控制，一層層打印堆疊沉積金屬材料。這種制造方法具有許多優(yōu)點，包括能夠生產(chǎn)非常大的零件，也可以用于打印非常復(fù)雜的零件，包括帶有內(nèi)部冷卻液通道的發(fā)動機(jī)噴嘴，使低溫推進(jìn)劑穿過通道，將噴嘴溫度保持在安全范圍內(nèi)。
位于阿拉巴馬州漢斯維爾的美國宇航局馬歇爾太空飛行中心RAMPT項目的聯(lián)合首席研究員PaulGradl說：“制造噴嘴，對于傳統(tǒng)工藝有著很大的挑戰(zhàn)性，而且可能需要很長時間。DED定向能量沉積技術(shù)允許我們建造具有復(fù)雜內(nèi)部特征的超大型部件，在以前這是不可能實現(xiàn)的。我們能夠顯著減少與制造通道冷卻噴嘴和其他關(guān)鍵火箭部件相關(guān)的時間和成本。傳統(tǒng)方法需要大約兩年的時間，而這種方法只需要幾個月。它還大大減少了零件數(shù)量，因為需要單獨生產(chǎn)的零部件更少。”
RAMPT項目團(tuán)隊在今年打印出迄今為止最大的噴嘴，直徑40英寸，高度38英寸，帶有一體化集成的冷卻通道。傳統(tǒng)焊接方法需要1年的時間，而3D打印只用了30天。完成時間比計劃提前了一年。
此外，RAMPT項目團(tuán)隊還將3D打印銅燃燒室的外殼換成了復(fù)合材料。這種由碳纖維制成的薄外殼為燃燒室提供了結(jié)構(gòu)支撐，與金屬外殼相比，它將重量減少了50%。
RAMPT項目正在推進(jìn)的另一種制造方案是“雙金屬接頭”，可以減少推力室組裝的重量和成本，無需額外的金屬接頭或螺栓就能將銅燃燒室直接熔合到噴嘴上。這種直接熔合的方法可以減少推力室組裝的整體重量，因為工程師們無需使用那些重型金屬螺栓和接頭。
關(guān)于阿爾忒彌斯（Artemis）計劃
2019年，美國國家層面宣布并要求NASA執(zhí)行重返月球計劃，將在2024年將兩名航天員（一位女性一位男性）運送到月球南極，這個計劃就是“阿爾忒彌斯”計劃。它包括三個階段：第一階段（Artemis1），計劃于2020年下半年，由安裝在“航天發(fā)射系統(tǒng)”(SLS)重型火箭上的“獵戶座”飛船圍繞月球進(jìn)行為期3周的無人飛行，然后返回地球；在第二階段（Artemis2），計劃在2023年完成載人飛行；在第三階段（Artemis3），NASA希望在2024年可以讓宇航員登上月球。長期來看，阿爾特彌斯計劃希望到2028年建立一個月球殖民地，這是完成載人火星任務(wù)的關(guān)鍵步驟。
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