2023年5大太空3D打印故事！

2024 年，太空探索將達(dá)到新的高度，其中月球任務(wù)將成為重點(diǎn)。今年將迎來備受期待的 Artemis II mission (耳忒彌斯二號任務(wù))，這是美國宇航局阿耳忒彌斯計劃的一個里程碑，將在 50 年來首次將人類送回月球，宇航員將在這次歷史性的旅程中繞月飛行。除了探月任務(wù)外，Europa Clipper (歐羅巴快艇)還將飛往木星的木衛(wèi)二衛(wèi)星，研究其宜居性并尋找生命跡象。首次亮相的新航天器包括 Blue Origin (藍(lán)色起源)的New Glenn(新格倫號)，這是一種用于商業(yè)衛(wèi)星任務(wù)的重型軌道運(yùn)載火箭；歐洲航天局(ESA) 的Ariane 6是Ariane 5的更具通用性且更具競爭力的下一代發(fā)射系統(tǒng)，英國的Skyrora將于 2024 年初進(jìn)行首次軌道之旅。



2024年還將啟動 NASA 商業(yè)月球有效載荷服務(wù) (CLPS) 計劃下的幾個關(guān)鍵項(xiàng)目，包括Astrobotic Technology的 Peregrine Lander、Intuitive Machines的 Nova-C 和Firefly Aerospace的 Blue Ghost，所有這些項(xiàng)目都旨在運(yùn)送有效載荷到月球。此外，美國宇航局的 VIPER 漫游車將執(zhí)行探索月球南極水冰的任務(wù)。日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)(JAXA) 的月球勘測智能著陸器 (SLIM) 將展示先進(jìn)的月球著陸技術(shù)，而中國的嫦娥六號任務(wù)也將從月球背面進(jìn)行突破性的月球樣本返回。SpaceX 的星際飛船計劃進(jìn)行第三次、第四次、第五次及后續(xù)發(fā)射，標(biāo)志著成本效益和可持續(xù)太空旅行的重大飛躍，其野心還延伸到火星任務(wù)。

2024 年，太空探索將迎來一波預(yù)期的進(jìn)步，3D 打印的作用將引人注目且影響深遠(yuǎn)。這種太空探索方法已經(jīng)改變了我們對太空制造的看法，提供了大量解決方案，有望使太空任務(wù)更加高效和可持續(xù)。當(dāng)我們展望 3D 打印在太空探索中的巨大潛力時，讓我們停下來欣賞這一創(chuàng)新領(lǐng)域在 2023 年所取得的進(jìn)步。

發(fā)射器升空
作為太空3D打印領(lǐng)域的一項(xiàng)重大舉措，太空棲息地領(lǐng)域的先驅(qū)Vast收購了總部位于加州的小型運(yùn)載火箭制造商Launcher。此次收購將 Launcher 在開發(fā)高性能火箭發(fā)動機(jī)方面的專業(yè)知識與 Vast 雄心勃勃的創(chuàng)建人造重力空間站的使命結(jié)合起來。Launcher 擁有使用Velo3D和AMCM等增材制造 (AM) 巨頭開發(fā)高性能火箭發(fā)動機(jī)的記錄。這種增材制造方面的專業(yè)知識與 Vast 創(chuàng)建人造重力空間站的使命相結(jié)合，為太空 3D 打印的未來帶來了巨大的希望。

Vast的雄心勃勃的目標(biāo)是建造一個100米長的人造重力空間站，能夠在軌道上容納40多人。該項(xiàng)目凸顯了 3D 打印在太空探索中日益重要的作用。此外，Vast對Launcher的收購清楚地表明增材制造正在成為先進(jìn)太空技術(shù)不可或缺的一部分。隨著 Launcher 的創(chuàng)始人Max Haot在 Vast 擔(dān)任領(lǐng)導(dǎo)職務(wù)，一支由 120 多名員工組成的團(tuán)隊(duì)將結(jié)合他們在火箭工程和 3D 打印方面的專業(yè)知識，通力合作，使這一愿景成為現(xiàn)實(shí)。


△Launcher 的 Orbiter SN1 集成始于潔凈室。

Virgin Orbit宣布破產(chǎn)
曾經(jīng)估值 37 億美元并在納斯達(dá)克交易的維珍軌道公司 (Virgin Orbit) 在 2023 年面臨慘淡的結(jié)局，根據(jù)美國破產(chǎn)法第 11 章申請破產(chǎn)并停止運(yùn)營。這種發(fā)展令人沮喪，尤其是考慮到該公司最初在 3D 打印太空硬件領(lǐng)域的承諾。維珍軌道公司 (Virgin Orbit) 的困境在 1 月份的一次發(fā)射嘗試失敗后達(dá)到了頂峰，其 LauncherOne 火箭出現(xiàn)異常，導(dǎo)致過早關(guān)閉并未能進(jìn)入軌道。

盡管將 3D 打印納入其火箭制造流程并取得了一些成功，例如將發(fā)動機(jī)制造周期時間縮短了十倍，但 Virgin Orbit 仍無法獲得從挫折中恢復(fù)所需的長期資金。2022年12月至2023年3月期間，該公司股價暴跌超過90%，標(biāo)志著航天行業(yè)面臨一個充滿挑戰(zhàn)的時期。維珍軌道公司的困難凸顯了太空創(chuàng)業(yè)領(lǐng)域的競爭本質(zhì)以及確保持續(xù)資金和可靠火箭發(fā)射的重要性。

Virgin Orbit 的困境是航天行業(yè)大趨勢的一部分，其中包括利用 3D 打印技術(shù)的初創(chuàng)公司在內(nèi)的幾家初創(chuàng)公司在將火箭送入軌道方面面臨著困難。這種充滿挑戰(zhàn)的形勢，加上航空航天領(lǐng)域的技術(shù)裁員和外包，指出了不斷變化的太空探索格局中的復(fù)雜動態(tài)。

Relativity Space的火箭革命
說到軌道火箭，去年三月，Relativity Space發(fā)射了世界上第一枚 3D 打印火箭，名為“Good Luck, Have Fun”(GLHF)。Terran 1 火箭高 110 英尺，在克服了之前的兩次發(fā)射嘗試后，從佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角起飛。雖然成功，但由于第二級的“異?！?，火箭未能進(jìn)入軌道。盡管遇到了這一挫折，但成功發(fā)射對于相對論空間和增材制造行業(yè)來說是一項(xiàng)重大成就。

Terran 1 火箭的與眾不同之處在于，它是使用 Relativity 的機(jī)器人定向能量沉積 (DED) 系統(tǒng) Stargate 建造的，該系統(tǒng)被認(rèn)為是世界上最大的金屬 3D 打印機(jī)。Relativity 的方法利用 DED 進(jìn)行大規(guī)模 3D 打印，可能會影響航空航天業(yè)和整個制造業(yè)。Relativity 的成就具有將該技術(shù)應(yīng)用于導(dǎo)彈生產(chǎn)、潛艇船體和飛機(jī)機(jī)身的潛力，凸顯了 3D 打印在太空探索之外的更廣泛影響。


△Terran R 基礎(chǔ)設(shè)施正在加利福尼亞州長灘進(jìn)行 3D 打印。

作為戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變的一部分，繼3月份發(fā)射嘗試失敗后，Relativity 決定于4月份停止其 Terran 1 小型運(yùn)載火箭。該公司目前的重點(diǎn)是服務(wù)重型市場，Terran R 能夠?qū)⒆疃?5,500 公斤的物體送入地球靜止轉(zhuǎn)移軌道，同時回收第一級。Relativity 為其 Terran R 火箭制定了雄心勃勃的計劃，目標(biāo)是不早于 2026 年首次發(fā)射。創(chuàng)始人蒂姆·埃利斯 (Tim Ellis) 強(qiáng)調(diào)，航天工業(yè)需要更具競爭力、多樣化和顛覆性的發(fā)射能力。Terran R 正在開發(fā)為一種以客戶為中心的可重復(fù)使用運(yùn)載火箭，以滿足這一需求。

軌道聯(lián)盟：Agile Space和6K Additive
2023 年，Agile Space和6K Additive聯(lián)手通過高溫合金 3D 打印推進(jìn)太空技術(shù)，特別是關(guān)鍵火箭部件。Agile 將在其 3D 打印組件制造工廠中認(rèn)證并使用 6K Additive 的鎳 625 (Ni625) 粉末，首先是 Agile 的 A2200 雙組元自燃發(fā)動機(jī)。該發(fā)動機(jī)使用一種稱為聯(lián)氨的特殊燃料，使其無需傳統(tǒng)的點(diǎn)火火花即可運(yùn)行。增材制造實(shí)現(xiàn)了敏捷的快速開發(fā)周期，將航空航天組件的開發(fā)時間縮短至僅 12 個月。A2200 發(fā)動機(jī)采用 6K Additive 的 Ni625 粉末，專為月球著陸器而設(shè)計，為月球任務(wù)提供精確的控制和機(jī)動性​​。


△6K Additive 的 Ni625 粉末經(jīng)認(rèn)證可與 Agile 的 A2200 雙組元推進(jìn)劑自燃發(fā)動機(jī)一起使用

Ursa 的推進(jìn)性突破
2023 年對于 3D 打印火箭發(fā)動機(jī)制造商Ursa Major來說是重要的一年。這家總部位于科羅拉多州的初創(chuàng)公司獲得了資金，與 America Makes 合作，并分享了其3D 打印固體火箭發(fā)動機(jī)(SRM) 的新工藝。其杰出成就之一是在 D 輪融資中成功籌集 1.38 億美元。這筆現(xiàn)金將支持 Ursa Major 的 Lynx 平臺的開發(fā)，該平臺專為 SRM 的模塊化 3D 打印而設(shè)計。

此外，Ursa Major與America Makes的建立合作戰(zhàn)略，于 2021 年啟動，在 300 萬美元的聯(lián)邦資助下建立了大熊座先進(jìn)制造實(shí)驗(yàn)室。2023 年，該合作伙伴關(guān)系延長至 2024 年中期，使 Ursa Major 能夠擴(kuò)大其能力。該伙伴關(guān)系還符合拜登政府關(guān)于聯(lián)邦資助研發(fā)和國內(nèi)制造的行政命令的更廣泛目標(biāo)，旨在提高制造能力和加強(qiáng)國家安全。


△渦輪設(shè)計工程師 Stephanie Gavell（左）和建造運(yùn)營經(jīng)理 Chaka Smith（右）正在組裝 Ursa Major 的哈德利發(fā)動機(jī)之一

各種太空項(xiàng)目見證了 3D 打印的進(jìn)步，展示了3D打印技術(shù)幫助塑造太空探索未來的潛力。3D打印技術(shù)對太空探索領(lǐng)域的影響是全方位的，它不僅改變了產(chǎn)品的設(shè)計和生產(chǎn)方式，而且為行業(yè)的未來發(fā)展打開了新的可能性。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，3D打印技術(shù)在太空探索領(lǐng)域的應(yīng)用將更加廣泛，推動整個行業(yè)向更高效、更智能、更可持續(xù)的方向發(fā)展。