西班牙初創公司Pangea Aerospace和Aenium Engineering將擁有在歐洲開發和工業化先進3D打印推進系統的獨家能力，該系統由NASA創建的名為GRCop-42的創新銅合金材料制成。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火箭發動機，由于其更高的效率、可重復使用性、極低的成本和快速制造，預計將徹底改變火箭推進方式。
■用于火箭的Aerospike推進器。圖片由Pangea Aerospace提供
歷史上已經開發了幾種Aerospike發動機，但都沒有飛行過。與傳統的火箭發動機不同，它的特點是鐘形噴嘴可以壓縮膨脹的氣體，基本的Aerospike形狀是鐘形內外翻轉的形狀。那么，為什么火箭上不使用Aerospike發動機呢？這主要是由于歷史上與Aerospike噴嘴相關的工程困難：冷卻、重量和制造成本。然而，今天的3D打印技術和新材料，如GRCop-42，增加了以很少的成本和時間構建功能性和經濟上可行的Aerospike發動機的可能性。
事實上，根據Pangea首席執行官Adrià Argemi的說法，GRCop-42合金是使該公司能夠解決Aerospike火箭發動機噴嘴熱挑戰的關鍵解決方案之一。該材料最初于2019年由NASA研究人員團隊開發，作為粉末床融合打印的原料，在惡劣環境中表現出卓越的熱機械性能。NASA已經使用金屬粉末來生產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)、復雜的后處理和GRCop-42，Pangea和Aenium現在可以為歐洲航空航天市場開發和商業化推進系統，讓不斷增長的航天工業中的更多初創公司獲得先進的推進解決方案。他們共同設計了一種可3D打印的Aerospike火箭發動機噴嘴，該發動機的效率應該比傳統生產的發動機高15%，從而可以顯著增加任何運載火箭的有效載荷。此外，由于3D打印的固有優勢，Aerospike發動機推進系統可以僅由2件增材制造的零部件組成，成本僅為其中的一小部分，并且可以重復使用至少10次。
■Aenium Engineering為火箭發動機3D打印基于GRCop-42的Aerospike發動機噴嘴。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動機演示器，旨在表征和驗證未來Aerospike發動機發展的幾項關鍵使能技術，包括使用甲烷作為燃料，其制造方法與雙再生冷卻系統Aenium一起開發，以及可重用性所需的設計。一旦投入使用，該公司希望其基于Aerospike發動機幾何結構的太空推進系統將成為小型衛星、深空任務和著陸器的理想選擇。
得益于此次合作，Pangea已經開始對其更大的、可商用的Aerospike發動機及其子系統進行初步設計。這家初創公司位于巴塞羅那，旨在徹底改變現代太空發射系統的現行標準。首先，通過3D打印開發高效和現代的火箭發動機，以應對不斷發展的太空生態系統的挑戰。未來，這家初創公司計劃使用相同的技術開發可重復使用的微型發射器，設計用于承載高達350公斤有效載荷的小型商業或實驗衛星。它的第一個設計是Meso火箭，它將使用一個Aerospike發動機和一個新穎的、獲得專利的回收系統來安全著陸以重新使用第一級。
與數百家致力于推動離地體驗的初創公司中一樣，Pangea仍在開發其產品。現階段競爭激烈，很多公司都在追求小型運載火箭、衛星和火箭發動機。為下一代運載火箭創造技術的商業競賽導致許多企業利用3D打印來構建復雜的零件，否則傳統制造很難做到這一點。通過與Aenium的AM專家合作，Pangea希望為歐洲航空航天業打開大門，讓他們更快、更便宜地獲取尖端材料。
■Pangea Aerospace與Aenium簽署協議。圖片由Pangea Aerospace和Aenium提供
Aenium首席信息官Miguel Ampudia表示：“該聯盟將推動下一代可重復使用的火箭發動機，也為歐盟市場帶來機會，通過最具創新性的材料科學和合格的工業增材制造來改進其燃燒設備。”
兩家公司正式簽署的協議確保了在設計復雜燃燒裝置方面的突破，并推動對迄今為止未經處理的不同類型的先進高溫合金進行分析，以用于航天領域最苛刻的應用。
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