POLARIS航天飛機(jī)公司測試3D打印Aerospike火箭發(fā)動機(jī)

南極熊導(dǎo)讀：傳統(tǒng)上，航天發(fā)射依賴于一次性使用的垂直發(fā)射火箭，這些火箭在完成任務(wù)后被丟棄。然而，近年來，可重復(fù)使用的火箭推進(jìn)式“航天飛機(jī)”概念的出現(xiàn)，標(biāo)志著航天運輸領(lǐng)域的一次重大變革。

24年底，總部位于德國不來梅的航空航天初創(chuàng)公司北極星航天飛機(jī)公司（Polaris Spaceplanes），成功測試了3D打印的Aerospike火箭發(fā)動機(jī)，標(biāo)志著一個重要的里程碑。這項測試凸顯了3D打印技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的日益增長的重要性。POLARIS預(yù)計，MIRA II原型機(jī)最早將于2028年投入商業(yè)運營。

△長五米的MIRA II原型機(jī)采用液氧/煤油火箭推進(jìn)劑

通過3D打印對Aerospike發(fā)動機(jī)進(jìn)行多方面的優(yōu)化

3D打印的快速原型制作能力允許工程師快速創(chuàng)建和測試新的設(shè)計迭代，加快了優(yōu)化過程并縮短了開發(fā)周期。MIRA II原型機(jī)是在前身MIRA演示機(jī)的基礎(chǔ)上經(jīng)過改進(jìn)而建造的。MIRA演示機(jī)在2024年5月的一次試飛中墜毀。自那次事故以來，POLARIS取得了顯著進(jìn)展。新原型機(jī)在一條飛機(jī)跑道上完成了三小時的發(fā)動機(jī)測試，并成功通過了波羅的海上空的無人飛行測試。在最終測試中，演示機(jī)搭載四臺渦輪噴氣發(fā)動機(jī)從佩內(nèi)明德機(jī)場起飛。點火后，AS-1發(fā)動機(jī)燃燒了三秒，產(chǎn)生了900牛頓的推力和4米/秒²的加速度。

3D打印允許創(chuàng)建復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和拓?fù)鋬?yōu)化的組件，從而減少材料使用并減輕整體重量，同時保持結(jié)構(gòu)的完整性和強度。此外，Aerospike發(fā)動機(jī)作為一種創(chuàng)新的火箭發(fā)動機(jī)，相較于傳統(tǒng)帶鐘形噴嘴的設(shè)計，提供了更高的效率。MIRA II采用的飛鏢形噴嘴設(shè)計具備多重優(yōu)勢，其中包括減輕重量——得益于緊湊且輕量化的結(jié)構(gòu)設(shè)計。此外，這種發(fā)動機(jī)能夠適應(yīng)不同的飛行高度和環(huán)境壓力，確保在各種條件下都能維持最佳性能，并根據(jù)飛行條件有效調(diào)節(jié)推力。

△已經(jīng)墜毀的MIRA第一代演示機(jī)

盡管如此，Aerospike推進(jìn)器的一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)是在運行過程中產(chǎn)生的大量熱量，這要求復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)。為了克服這一難題，POLARIS Spaceplanes利用了AM Global的先進(jìn)增材制造技術(shù)。公司計劃持續(xù)對Aerospike發(fā)動機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，并已經(jīng)制定了詳盡的飛行測試計劃，旨在全面評估3D打印技術(shù)在實際運行中的性能和可靠性。

△Aerospike發(fā)是一種特殊設(shè)計的火箭發(fā)動機(jī)，結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的鐘形噴管不同

航天飛機(jī)的發(fā)展

歐洲航天局（ESA）的未來歐洲航天運輸投資計劃（FESTIP）等研究項目，對航天飛機(jī)技術(shù)進(jìn)行了深入研究，并確認(rèn)了這種飛行器在未來的航天飛行中提供了一種經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。航天飛機(jī)設(shè)計的多樣性和技術(shù)進(jìn)步，如更高效的發(fā)動機(jī)、更輕的材料和更先進(jìn)的飛行控制系統(tǒng)，都在推動著這一領(lǐng)域的發(fā)展。

總結(jié)來說，航天飛機(jī)代表了一種創(chuàng)新的航天運輸方法，它具有成本效益高、操作靈活和安全性能強的特點，有望在未來成為主流的航天運輸手段。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和相關(guān)研究的深入，航天飛機(jī)的潛力和應(yīng)用范圍預(yù)計將進(jìn)一步擴(kuò)大。