美國NASA等部門聯(lián)合發(fā)布《航天制造技術(shù)報(bào)告》，增材制造技術(shù)被重視

2024年1月8日，南極熊獲悉，美國國家航空航天局（NASA）、國防部（DOD）和商務(wù)部（DOC）在2023年12月20日向美國國家太空委員會(huì)聯(lián)合提交了《航天制造技術(shù)報(bào)告/Space Manufacturing Technology Report》。

報(bào)告下載鏈接：https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2023/12/nspc-space-manufacturing-technology-report-rev-12.20.23-final.pdf

這份報(bào)告重點(diǎn)關(guān)注了開發(fā)新興航天制造技術(shù)等5個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域，討論了增材制造、先進(jìn)材料等7項(xiàng)新興航天制造技術(shù)，并提出了推動(dòng)太空制造技術(shù)的14項(xiàng)可行建議，具體包括：

• 開發(fā)新興航天制造技術(shù)：優(yōu)先投資于新興的太空制造技術(shù)，支持美國國家航空航天局（NASA）、國防部（DOD）和商務(wù)部（DOC）相關(guān)項(xiàng)目的投入；
• 建立公私合作伙伴關(guān)系：探索現(xiàn)有的公私部門合作伙伴關(guān)系，重點(diǎn)是擴(kuò)大當(dāng)前的“美國制造”模式的力量，以確保以太空為重點(diǎn)的相關(guān)成果；
• 資助航天制造技術(shù)中心：探索經(jīng)濟(jì)發(fā)展管理局地區(qū)資金，用于支持太空制造技術(shù)中心；
• 關(guān)注協(xié)同發(fā)展：發(fā)揮與其他聯(lián)邦計(jì)劃的協(xié)同作用，包括霍林斯制造業(yè)擴(kuò)展伙伴關(guān)系（MEP）計(jì)劃；
• 航天技術(shù)人才隊(duì)伍建設(shè)：通過教育和人才培養(yǎng)計(jì)劃應(yīng)對太空工業(yè)基地對人才的不斷增長需求；
  

這些建議旨在推進(jìn)美國太空制造能力，確保國家在全球太空產(chǎn)業(yè)中的競爭地位。具體措施可由NASA、DOD、DOC和其他聯(lián)邦部門和機(jī)構(gòu)執(zhí)行。一旦實(shí)施，這些建議將有助于增進(jìn)對現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的了解，確定當(dāng)前能力以及未來對太空制造的需求。相關(guān)機(jī)構(gòu)將支持并在必要時(shí)建立聯(lián)邦部門和機(jī)構(gòu)、行業(yè)、私營部門組織以及國內(nèi)外學(xué)術(shù)界之間的新伙伴關(guān)系。利益相關(guān)者將孵化和加速航天制造創(chuàng)業(yè)，同時(shí)進(jìn)一步調(diào)整當(dāng)前和未來的聯(lián)邦投資，以支持太空制造技術(shù)需求。報(bào)告最后提出了關(guān)于發(fā)展和加強(qiáng)各種背景的人進(jìn)入太空制造職業(yè)的途徑的建議。

全球航天制造技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

在航天工業(yè)短短60多年的歷史里，世界發(fā)生了許多變化，航天工業(yè)對我們的生活和工作方式產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，塑造了歷史進(jìn)程和我們今天所知道的世界。航天工業(yè)具有巨大的經(jīng)濟(jì)增長潛力。如今，全球航天工業(yè)價(jià)值超過 4000 億美元，并且正在迅速擴(kuò)張和發(fā)展。在美國，該行業(yè)每年為國家貿(mào)易平衡增加數(shù)百億美元，為美國的高科技產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)提供支持和刺激，提供數(shù)以萬計(jì)的高薪高技能工作崗位。在歐洲，歐洲航天局也提出了針對航天工業(yè)的先進(jìn)制造計(jì)劃，其主要目的是甄選和引入太空業(yè)務(wù)顛覆性材料和制造工藝。

如今，航天工業(yè)正處于一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，其變化、挑戰(zhàn)和機(jī)遇主要是由于發(fā)射成本的降低以及人們認(rèn)識(shí)到太空的利用具有為地球帶來社會(huì)效益的巨大潛力。航天工業(yè)的長開發(fā)周期、高運(yùn)營成本限制了新進(jìn)入者和競爭者，制造技術(shù)的進(jìn)步對于推動(dòng)各國在競爭激烈的全球環(huán)境中的行業(yè)占據(jù)領(lǐng)先地位方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。增材制造、人工智能、機(jī)器人、生物技術(shù)和新材料等技術(shù)的最新進(jìn)展正在為太空制造創(chuàng)造新的機(jī)遇，為了參與全球競爭，美國等發(fā)達(dá)國家一直在持續(xù)開發(fā)和實(shí)施新的創(chuàng)新制造技術(shù)。

美國未來航天制造技術(shù)的發(fā)展趨勢

先進(jìn)制造技術(shù)的爆發(fā)預(yù)計(jì)將在競爭日益激烈的全球太空市場中推動(dòng)創(chuàng)新和效率方面發(fā)揮重要作用。作為世界太空探索領(lǐng)域的杰出國家，美國聯(lián)邦政府與一直致力與工業(yè)界和學(xué)術(shù)界合作，投資于應(yīng)用研究和工業(yè)相關(guān)的制造技術(shù)，以鼓勵(lì)持續(xù)研究和創(chuàng)新的環(huán)境。在NASA等部門聯(lián)合提出的《航天制造技術(shù)報(bào)告》中，概述了7項(xiàng)新興的太空制造技術(shù)，具體包括：

• 增材制造（AM），也稱為3D打印
• 先進(jìn)材料，包括復(fù)合材料、陶瓷、輕質(zhì)金屬、納米技術(shù)和生物技術(shù)
• 機(jī)器人技術(shù)和自動(dòng)化
• 數(shù)字制造系統(tǒng)
• 清潔和可持續(xù)制造
• 電子制造
• 高超聲速技術(shù)
  

這些技術(shù)對于推動(dòng)太空制造能力的發(fā)展并滿足不斷發(fā)展的太空行業(yè)需求至關(guān)重要。

增材制造：報(bào)告首先強(qiáng)調(diào)了增材制造（AM）的重要性，也被稱為3D打印，是指根據(jù) 3D 模型數(shù)據(jù)連接材料以制造零件的過程，通常是逐層進(jìn)行，而不是減材制造和成形制造方法。作為關(guān)鍵的空間制造技術(shù)。增材制造允許創(chuàng)造復(fù)雜的幾何形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)很難或者無法通過傳統(tǒng)制造方法生產(chǎn)。它提供了顯著的成本和進(jìn)度改進(jìn)，并且正在極大地改變各個(gè)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)和制造格局。這項(xiàng)技術(shù)在推進(jìn)空間制造能力和滿足不斷發(fā)展的航天工業(yè)需求方面起著至關(guān)重要的作用。

先進(jìn)材料：包括復(fù)合材料、陶瓷、輕質(zhì)金屬、納米技術(shù)和生物技術(shù)在內(nèi)的材料，可用于創(chuàng)造具有改進(jìn)性能的新材料注入，例如增加強(qiáng)度、耐用性和生物相容性。這些材料可用于各種航天技術(shù)應(yīng)用。開發(fā)先進(jìn)材料潛力的要求包括更有效的方法來識(shí)別、合作、清潔提取和制造使用稀土金屬和空間系統(tǒng)必需且很大程度上獨(dú)特的材料的組件。

機(jī)器人和自動(dòng)化：機(jī)器人和自動(dòng)化用于提高制造過程的效率和精度，從而縮短生產(chǎn)時(shí)間并降低勞動(dòng)力成本，允許在危險(xiǎn)環(huán)境中進(jìn)行制造或執(zhí)行對人類工人來說太危險(xiǎn)的任務(wù)，并集成數(shù)字制造技術(shù)支持增材制造等新穎方法。機(jī)器人技術(shù)和自動(dòng)化的改進(jìn)使用將帶來更可靠、無差錯(cuò)的生產(chǎn)線，從而創(chuàng)建更高可靠性的空間系統(tǒng)。

數(shù)字制造系統(tǒng)：航天工業(yè)正變得極其數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)。幾乎所有現(xiàn)代制造業(yè)務(wù)、設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施都在一定程度上實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)化，智能制造系統(tǒng)使用物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)和數(shù)字孿生等先進(jìn)技術(shù)，用數(shù)字方法代替體力勞動(dòng)，以提供信息、優(yōu)化和自動(dòng)化制造流程。

清潔和可持續(xù)制造：現(xiàn)代制造技術(shù)允許最大限度地減少或消除對環(huán)境和人類健康的負(fù)面影響，同時(shí)節(jié)省資源和能源。這些技術(shù)使得化學(xué)產(chǎn)品和工藝的設(shè)計(jì)能夠減少或消除有害物質(zhì)的使用和產(chǎn)生，并為閉環(huán)制造提供機(jī)會(huì)，其中廢物和副產(chǎn)品在制造過程中被回收或再利用，而不是被丟棄。

報(bào)告建議各機(jī)構(gòu)保留該新興技術(shù)清單，并找出在利用這些技術(shù)時(shí)需要解決的差距。NASA、DOC和DOD還鼓勵(lì)采用“美國制造”模式，這是一個(gè)由位于全國不同地區(qū)的專門從事不同技術(shù)的機(jī)構(gòu)組成的網(wǎng)絡(luò)。“美國制造”的成立是為了與學(xué)術(shù)和工業(yè)合作伙伴一起捕捉美國的創(chuàng)新，并將其轉(zhuǎn)化為應(yīng)用技術(shù)，確保美國在未來繼續(xù)成為全球制造業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者。美國制造網(wǎng)絡(luò)（如下圖所示）通過 16個(gè)制造創(chuàng)新機(jī)構(gòu)及其贊助聯(lián)邦機(jī)構(gòu)（美國商務(wù)部、國防部和能源部）促進(jìn)先進(jìn)制造技術(shù)的協(xié)作開發(fā)來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。2022年，各研究院共承擔(dān)了700多個(gè)重大應(yīng)用研發(fā)項(xiàng)目，涉及2500多個(gè)不同組織，為10.6萬人次提供了先進(jìn)制造業(yè)勞動(dòng)力發(fā)展和培訓(xùn)。美國制造模式可以首先利用美國制造機(jī)構(gòu)現(xiàn)有的能力應(yīng)對太空制造挑戰(zhàn)，從而幫助推動(dòng)國內(nèi)太空制造行業(yè)的發(fā)展。

△美國制造網(wǎng)絡(luò)

注意