英國太空3D打印領(lǐng)域又添生力軍—普羅米修斯-2和Orbex火箭發(fā)動機

魔猴君  行業(yè)資訊   950天前

2022年5月12日，英國航天局對外宣布了英國近期航天方面取得的幾個新的里程碑，包括在英國本土的首次衛(wèi)星發(fā)射。歐洲航天局（ESA）期待已久的"普羅米修斯-2"火箭發(fā)動機的發(fā)射將于今年夏天晚些時候在紐基的康沃爾航天港進行，將兩顆立方體衛(wèi)星發(fā)射到低地球軌道（LEO），以監(jiān)測包括GPS和精密成像在內(nèi)的無線電信號。與此同時，英國航空航天公司Orbex已經(jīng)公布了其Prime軌道空間火箭的第一個全尺寸原型，其中的發(fā)動機和渦輪泵系統(tǒng)是3D打印的。

英國政府國防采購部長杰里米-昆說："空間技術(shù)對發(fā)展國防能力至關(guān)重要，'普羅米修斯-2'號的發(fā)射代表著我們本土的空間項目又向前邁出了重要一步。與太空任務(wù)和空客公司的這種合作為英國成為一個更有彈性、更強大和更重要的全球空間實體鋪平了道路。"

△發(fā)射臺上的Orbex Prime火箭原型。照片來自Orbex。

普羅米修斯項目

普羅米修斯火箭發(fā)動機自2017年以來一直在開發(fā)中，當時歐空局與阿麗亞娜集團簽署了一份價值7500萬歐元的合同，用于開發(fā)可重復(fù)使用的、低成本的、3D打印等創(chuàng)新制造技術(shù)的新一代火箭發(fā)動機。阿麗亞娜集團是跨國航空航天公司空中客車公司和賽峰集團的合資企業(yè)，在2015年已經(jīng)開始用金屬3D打印方法制作發(fā)動機的原型。普羅米修斯的前身之一——Vulcain 2.1，包含3D打印的結(jié)構(gòu)部件。此后，該項目專注于通過廣泛使用增材制造，以比傳統(tǒng)火箭發(fā)動機低十倍的成本生產(chǎn)普羅米修斯。2018年，GKN航空航天公司與阿麗亞娜集團簽訂合同，為液氧甲烷推進的普羅米修斯發(fā)動機3D打印兩個全尺寸渦輪。據(jù)吉凱恩公司稱，利用增材制造技術(shù)使渦輪機內(nèi)的關(guān)鍵部件具有更高的性能，更短的交貨時間，并降低了90%的成本。

△普羅米修斯發(fā)動機有一個3D打印的燃燒室。照片來自阿麗亞娜集團。

發(fā)射倒計時

經(jīng)過多年的開發(fā)，普羅米修斯-2火箭發(fā)動機將在今年夏天首次發(fā)射，將兩顆立方體衛(wèi)星送入低地球軌道。普羅米修斯-2由位于漢普郡的In-Space Missions公司制造，并與空中客車防務(wù)和空間公司、英國國防部（MOD）和其他國際合作伙伴共同設(shè)計。

立方體衛(wèi)星將提供一個測試平臺，用于監(jiān)測無線電信號、全球定位系統(tǒng)和復(fù)雜的成像，因為英國航天局正在努力與其盟友開發(fā)一個更加互聯(lián)的空間通信系統(tǒng)。特別是，這項任務(wù)將幫助國防部更好地了解英國及其國際伙伴如何合作，以創(chuàng)建一個更有能力、更靈活、更低成本的衛(wèi)星運營和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。英國航天局副首席執(zhí)行官伊恩-安奈特說："我們正在將英國置于小型衛(wèi)星發(fā)射的最前沿，在全球市場內(nèi)為商業(yè)客戶和政府提供世界領(lǐng)先的能力，開辟新的機會，并激勵當前和下一代的英國太空科學家、工程師和企業(yè)家。這些衛(wèi)星展示了英國在設(shè)計和建造衛(wèi)星方面的優(yōu)勢。能夠首次從英國和歐洲各地發(fā)射，將進一步推動我們的衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)，在全國范圍內(nèi)創(chuàng)造高技能就業(yè)機會，并實現(xiàn)國家空間戰(zhàn)略的一個關(guān)鍵目標。這些立方體衛(wèi)星將由維珍軌道公司的 "發(fā)射器一號"火箭發(fā)射到低地球軌道，并在地球上空550公里處運行。一顆立方體衛(wèi)星配備了高光譜成像儀、激光探測器和GPS接收器，以捕捉更高清晰度的地球圖像，而另一顆立方體衛(wèi)星包括兩臺光學成像相機，以提供180度的地球表面視圖并觀察第一顆立方體衛(wèi)星。

國防部空間主任哈夫-斯邁思空軍副元帥說：“這是國際合作力量的一個很好的例子，當然，合作也是我們國防空間戰(zhàn)略的一個關(guān)鍵宗旨。普羅米修斯-2號將為英國國防部的未來太空計劃提供巨大的價值，而且，由于我們在國家偵察局的合作伙伴，這顆功能強大的衛(wèi)星將在今年夏天從英國本土發(fā)射。我對我們共同取得的成就感到非常自豪，這只是一個開始。"

△正在進行測試的普羅米修斯氣體發(fā)生器。照片來自阿麗亞娜集團。

Orbex公司公布了全尺寸的Prime原型機

與此同時，Orbex公司揭示了其Prime微型發(fā)射器火箭的第一個全尺寸原型。該公司在2015年發(fā)射后最初以隱形模式運作，在籌集了3000萬英鎊的資金后于2018年突然亮相。Orbex之前曾與SLMSolutions合作開發(fā)其3D打印火箭發(fā)動機，這在2019年被認為是當時世界上最大的火箭發(fā)動機。去年2月，Orbex委托EOS集團的公司AMCM建造歐洲最大的工業(yè)3D打印機，以實現(xiàn)內(nèi)部快速打印火箭發(fā)動機。這套價值數(shù)百萬英鎊的系統(tǒng)將促進每年打印超過35個單件的大型火箭發(fā)動機和主級渦輪泵系統(tǒng)，它們是Orbex公司19米長的Prime火箭的關(guān)鍵部分。Prime火箭的燃料是可再生的生物丙烷燃料，據(jù)報道，與目前大多數(shù)商業(yè)火箭所使用的煤油燃料相比，該燃料可減少90%的二氧化碳排放。該火箭被設(shè)計為可重復(fù)使用，以便不在地球周圍的軌道上留下任何碎片，并配備了一個新穎的回收和可重復(fù)使用系統(tǒng)。

現(xiàn)在，Orbex公司已經(jīng)成功地將其第一個全尺寸的Prime火箭原型整合到其位于蘇格蘭Kinloss的第一個測試發(fā)射平臺的發(fā)射臺上。該公司現(xiàn)在將著眼于進行綜合測試，包括火箭發(fā)射的 "彩排 "以及發(fā)射程序的開發(fā)和優(yōu)化。

Orbex的首席執(zhí)行官ChrisLarmour說："這是Orbex的一個重要里程碑，突出了我們走了有多遠。從外面看，它可能看起來像一個普通的火箭，但在內(nèi)部，Prime與其他任何東西都不同。為了實現(xiàn)21世紀火箭的性能和環(huán)境可持續(xù)性，我們必須在許多領(lǐng)域進行創(chuàng)新，包括低碳燃料、完全3D打印的火箭發(fā)動機、非常輕的燃料箱，以及新穎的低質(zhì)量可重復(fù)使用技術(shù)"。Prime火箭將從蘇格蘭北海岸正在開發(fā)的新太空港Space Hub Sutherland正式發(fā)射。早在2020年8月，薩瑟蘭空間樞紐是英國第一個獲得規(guī)劃許可的垂直太空港。Annett說："我們正處于一個歷史性時刻的邊緣，Orbex在為英國創(chuàng)造一個全新的發(fā)射能力方面發(fā)揮著主導(dǎo)作用，同時為全國各地的人們和企業(yè)創(chuàng)造機會。我迫不及待地想看到Prime從薩瑟蘭航天中心升空。"

△Orbex3D打印的火箭發(fā)動機在第2階段火箭工程原型中。圖片來自Orbex。

英國繁榮的太空領(lǐng)域

英國的空間部門目前雇用了大約47,000人，創(chuàng)造了165億英鎊的收入。英國政府的國家太空戰(zhàn)略正在尋求使英國成為歐洲領(lǐng)先的國家，為小型衛(wèi)星制造商提供直接的端到端發(fā)射路線，同時在英國太空港當?shù)貏?chuàng)造技術(shù)工作。

薩瑟蘭太空中心是英國各地七個潛在的太空港之一，一旦完成，預(yù)計將在周圍地區(qū)創(chuàng)造600多個就業(yè)機會?？茖W部長喬治-弗里曼說："對于英國的空間和衛(wèi)星部門來說，這是一個非常激動人心的時刻，因為我們正在為今年夏天晚些時候從英國太空港發(fā)射第一批衛(wèi)星進行倒計時。Orbex Prime是英國火箭公司的一項了不起的工程壯舉，它開創(chuàng)了更多可持續(xù)的創(chuàng)新燃料，減少了碳排放?？吹娇偛吭O(shè)在摩雷的Orbex公司創(chuàng)造了更多高質(zhì)量的工作，這也是非常好的，表明我們繁榮的空間部門對支持新興創(chuàng)新集群的價值，以幫助提高整個英國的水平。"

△新的薩瑟蘭航天中心將于2022年初投入使用，它將使Orbex公司能夠發(fā)射自1971年以來的第一顆英國衛(wèi)星進入軌道。圖片來自Orbex。

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