3D打印液體火箭發(fā)動機渦輪泵，Launcher獲創(chuàng)紀錄的高性能

2022年10月21日，南極熊獲悉，在美國太空部隊對E-2火箭發(fā)動機的最新測試中，由Launcher3D打印的液體火箭發(fā)動機渦輪泵，創(chuàng)造了美國有史以來，性能最高的液氧和煤油火箭發(fā)動機燃燒室測試記錄。

△2022年9月22日，美太空部隊對E-2 3D打印火箭發(fā)動機渦輪泵的2分鐘測試數(shù)據(jù)

Launcher首席執(zhí)行官Max Haot表示：“首先要感謝美國太空部隊和NASA對我們的大力支持，感謝他們使Launcher最新的高性能記錄成為可能。通過實現(xiàn)我們的渦輪泵性能的設(shè)計目標，距離我們實現(xiàn)更便宜的太空旅行使命又近了一步。Launcher的合作伙伴還包括Velo3D、EOS和NASA Stennis航天中心，為我們的E-2液體火箭發(fā)動機的開發(fā)提供支持和技術(shù)。”

△2020年，Launcher首次將E-2 3D打印液體火箭發(fā)動機放置在測試臺上

3D打印銅合金燃燒室
Launcher是第一家使用3D打印銅合金，制造E-2發(fā)動機燃燒室的小型發(fā)射公司。燃燒室采用工業(yè)供應鏈銅鉻鋯合金（CuCrZr），并作為單個部件打印，以降低生產(chǎn)成本并最大限度地減少供應鏈限制，同時，腔室的設(shè)計還具有內(nèi)部再生冷卻通道。Launcher和AMCM共同開發(fā)了用于生產(chǎn)腔室的AMCM M 4K 3D打印機。E-2的同軸注射器是在Velo3D藍寶石3D打印機上制造的。

Launcher正式測試該液體火箭的渦輪泵性能，其壓力是額定燃燒壓力的3倍。一旦發(fā)動機和渦輪泵的測試完成，它們將被集成并進入驗證階段。待通過全方位的測試后，該公司計劃于2024年進行首次發(fā)射。

△Launcher已成功測試由3D打印技術(shù)制造的E-2火箭發(fā)動機渦輪泵組件

最新的測試進展
Launcher的E-2發(fā)動機是一種封閉循環(huán)液體火箭發(fā)動機，它將在第一級用一臺發(fā)動機為輕型火箭提供動力，使其進入軌道。E-2渦輪泵測試于2022年9月下旬，在美國宇航局斯坦尼斯航天中心成功進行。據(jù)悉，該團隊在11次測試過程中已達到或超過了既定目標、如輸入和輸出壓力、效率和振動目標，包括持續(xù)時間、氣蝕和增壓流量。

泵組件使用煤油(RP-1)和液氧(LOX)作為工作流體。在本次測試活動中，渦輪機的動力是高壓氣態(tài)氮。該測試由美國太空部隊批準，作為該公司戰(zhàn)術(shù)資金增加(TACFI)合同的一部分。

△Launcher的3D打印渦輪泵組件

Launcher解釋E-2 渦輪泵組件具有以下優(yōu)點
● 該公司的3D打印技術(shù)： 可控制渦輪機、外殼、旋轉(zhuǎn)誘導輪和葉輪的成本和交貨時間；
● 高壓：在330 bar (4,786 psi) 的液氧和燃料輸出壓力下，實現(xiàn)了E-2的高壓富氧化劑分階段內(nèi)燃機循環(huán)；
● 輕巧緊湊：單軸渦輪泵包括一個渦輪、兩個燃油泵(RP-1)和一個液氧泵(LOX)；
● 流線型渦輪設(shè)計：新穎的3D打印流線設(shè)計實現(xiàn)了行業(yè)領(lǐng)先的72%效率，超過了其它同類火箭發(fā)動機渦輪泵60%的效率；
● 高效泵：這使得E-2能夠?qū)⑵浒l(fā)動機預燃燒器保持在低溫（200攝氏度），從而降低材料成本并降低氧氣可燃性的風險，這是開發(fā)富含氧化劑的分級燃燒發(fā)動機的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。它還為實現(xiàn)設(shè)計的發(fā)動機推力水平提供了余量；
● 簡化：盡管來自火箭推進劑罐的輸入壓力相對較低，但渦輪泵設(shè)計消除了對噴射渦輪機或液氧增壓泵的需求。

△Launcher的Orbiter衛(wèi)星傳輸飛行器和平臺概念圖

關(guān)于Launcher的下一步計劃
該公司成立于2017年，愿景是建造出能夠?qū)⑿⌒托l(wèi)星送入太空的高效、經(jīng)濟的火箭。該公司在2019年獲得150萬美元的美國空軍合同后，開始開發(fā)3D打印部件，以提高其E-2發(fā)動機的性能。

作為美國太空部隊TACFI合同的一部分，Launcher公司在E-2發(fā)動機開發(fā)的下一步計劃，將于2022年11月開始進行預燃燒器組件測試，隨后在2023年第一季度對集成E-2發(fā)動機(推力室和渦輪泵在一個封閉循環(huán)中)進行長時間測試。