為什么說SpaceX星艦發(fā)射成果對3D打印的未來非常重要

南極熊獲悉，美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX）于北京時間3月14日，21點25分進行了第三次Starship（又稱星際飛船、星艦）重型運載火箭的無人飛行測試，再次刷新了我們對太空探索的認(rèn)知。

△2024年3月14日，Starship超重型火箭從德克薩斯州南部博卡奇卡海灘附近進行了第三次試飛

星艦全箭直徑9米，高約120米，大概有40層摟高，起飛總推力達到7590噸，是當(dāng)前人類建造的最大規(guī)模的火箭，旨在將宇航員和貨物運送到地球軌道、月球、火星甚至更遠(yuǎn)的太空。同時，它的兩級結(jié)構(gòu)均由猛禽發(fā)動機提供動力其中高達69米的巨大一級助推器裝有33臺，二級航天器部分裝有6臺。

星艦在經(jīng)歷了2分40秒的發(fā)射后，按照計劃成功進行了熱分離，不過，大約3分鐘后，星際在返回墨西哥灣濺落時與地面失去聯(lián)系，此次發(fā)射任務(wù)提前結(jié)束。SpaceX發(fā)言人Dan Huot在直播中表示，超重型火箭在返回途中丟失了。

雖然，最后結(jié)果沒有看到星艦著陸的畫面，但這一次星艦試飛取得又一里程碑式的突破，顯然成果已超越第二次。SpaceX公司公司的創(chuàng)始人和首席執(zhí)行官（CEO）馬斯克表示：“星艦已達到環(huán)繞速度。”

為什么說這與3D打印社區(qū)直接相關(guān)？

△Starship的猛禽發(fā)動機

Starship擁有大量3D打印部件

星艦項目展示了一種嶄新的工程和制造技術(shù)，這引起了增材制造領(lǐng)域?qū)�業(yè)人士的廣泛興趣。馬斯克曾在多次演講中強調(diào)了SpaceX在星艦設(shè)計和生產(chǎn)中采用3D打印技術(shù)的重要性。在2017年9月的國際宇航大會上，他指出了使用3D打印技術(shù)制造星艦的重要性，并表示公司正在大量投資于此，將3D打印技術(shù)視為未來制造火箭結(jié)構(gòu)的主要方式。

馬斯克強調(diào)，SpaceX正將3D打印技術(shù)深度融入星艦的構(gòu)造中，涵蓋從發(fā)動機到機身的廣泛應(yīng)用。公司已成功應(yīng)用該技術(shù)制造關(guān)鍵部件，例如燃燒室、噴嘴擴展器，以及多種用于航天器的支架、配件及其他元素。此外，SpaceX正大力研發(fā)創(chuàng)新的3D打印技術(shù)和材料，目標(biāo)是顯著提升制造流程的效率、產(chǎn)品質(zhì)量和整體性能。

△星艦將宇航員和貨物運送到更遠(yuǎn)星球的效果圖

3D打印對于太空探索的潛力

這就是為什么近期3D大型太空系統(tǒng)制造商表現(xiàn)出色的原因。3D打印技術(shù)在太空探索方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。首先，它通過建造更輕、更高效的推進系統(tǒng)使進入軌道變得更容易。當(dāng)前一代火箭發(fā)動機以及下一代基因推進系統(tǒng)（例如高超音速超燃沖壓發(fā)動機）具有復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)優(yōu)化只能通過增材制造才能產(chǎn)生的功率輸出。

其次，在長期深空任務(wù)中，機載3D打印機能夠生產(chǎn)備件（用于宇宙飛船和人類），避免攜帶每種可能的必要替換零件，提高效率。最后，增材制造在星際棲息地的建設(shè)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。攜帶大量備件對于星際飛船來說是不可行的，因此需要使用當(dāng)?shù)夭少彽牟牧虾?D打印機進行建造。如果星際飛船能夠成功地將人類送上月球和火星，未來的任務(wù)將需要攜帶大量3D打印機。

作為在航空航天工業(yè)中增材制造技術(shù)的先驅(qū)，SpaceX一直在廣泛利用該技術(shù)為其火箭和航天器制造零件，特別是那些使用傳統(tǒng)方法難以或不可能制造的零件。雖然SpaceX對其3D打印應(yīng)用的詳細(xì)信息保密，但據(jù)外媒報道，SpaceX采用粉末床激光熔融工藝3D打印制造復(fù)雜的發(fā)動機部件，如用于星際飛船和超重型助推器的猛禽發(fā)動機的噴油器板。

在過去的幾十年里，SpaceX與幾個3D打印品牌合作為其火箭制造零件最著名的是EOS、Concept Laser(GE公司)、Velo3D、SLMSolutions、Stratasys和3D Systems等。