印度成功發(fā)射3D打印火箭，將1000個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)零件優(yōu)化為1個(gè)

2024年5月31日，南極熊獲悉，一家來(lái)自印度的太空初創(chuàng)公司 Agnikul Cosmos （阿格尼庫(kù)爾公司）成功發(fā)射了其首個(gè)亞軌道測(cè)試飛行器，這枚火箭的獨(dú)特之處在于使用了全3D打印的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。

這枚單級(jí)運(yùn)載火箭的名字為 “Agnibaan SOrTeD” ，于當(dāng)?shù)貢r(shí)間周四上午從位于印度南部的發(fā)射中心發(fā)射升空。 在此之前，他們經(jīng)過(guò)了兩年的準(zhǔn)備，還因技術(shù)故障造成了四次推遲，這次終于算是發(fā)射成功了。

這枚火箭高 6.2 米，由碳纖維復(fù)合材料制成，升空質(zhì)量為 1268 磅；核心部件是其自行制造的 3D 打印半低溫引擎，每個(gè)引擎可提供 6.2 千牛的推力。

全3D 打印的低溫發(fā)動(dòng)機(jī)

據(jù)悉，這枚火箭使用的 Agnilet 發(fā)動(dòng)機(jī)是獨(dú)一無(wú)二的。它完全由 3D 打印而成，而且是一個(gè)整體。經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，將 1000 多個(gè)零件集成到一個(gè)零件中。

什么是火箭發(fā)動(dòng)機(jī)？最簡(jiǎn)單地說(shuō)，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)就是一種能夠燃燒氣體并以極高的速度將其送出的裝置。根據(jù)牛頓定律，從火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴噴出的氣體會(huì)對(duì)火箭本身產(chǎn)生一個(gè)相等且相反的力，從而將火箭推向另一個(gè)方向。

火箭發(fā)動(dòng)機(jī)一般由噴射器、噴油器板、歧管、燃燒室、噴嘴、冷卻通道等零件組成，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，有 100 多個(gè)冷卻通道，每個(gè)通道都必須經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)。與通過(guò)焊接、釬焊等傳統(tǒng)制造技術(shù)將成千上萬(wàn)個(gè)部件組合在一起相比，如果將所有這些部件作為單個(gè)部件一次性制作完成，就擁有了一體化火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。

此外，這家公司還廣泛使用 3D 打印技術(shù)來(lái)制造火箭的關(guān)鍵部件，如泵、發(fā)動(dòng)機(jī)外殼和封裝外殼。

Agnikul聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Srinath Ravichandran 在發(fā)射前接受采訪時(shí)說(shuō)，3D打印一個(gè)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的原型需要72至75小時(shí)。他們可以在一周內(nèi)生產(chǎn)出兩個(gè)完整的成品發(fā)動(dòng)機(jī)，包括將它們從3D打印機(jī)中取出、清粉并通過(guò)熱處理。這與傳統(tǒng)工藝不同，傳統(tǒng)工藝需要 10 到 12 周才能制造出一個(gè)類似大小的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。

他在電話中說(shuō)："我們之所以能脫穎而出，是因?yàn)槲覀儾捎玫氖菃渭�式部件，在加工過(guò)程中沒(méi)有人工干預(yù)；從打印機(jī)出來(lái)的是全長(zhǎng)部件，沒(méi)有任何焊接、擰緊或類似的工序。"

雖然阿格尼庫(kù)爾公司聲稱其3D打印引擎是世界首創(chuàng)，但包括Relativity Space 公司和Rocket Lab 在內(nèi)的國(guó)際公司更早采用3D打印技術(shù)制造火箭。

阿格尼庫(kù)爾選擇鎳基高溫合金作為發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的材料。這種材料在高溫下依然堅(jiān)固，而且可進(jìn)行 3D 打印。然而，由于這種合金的導(dǎo)熱性極差，這家初創(chuàng)公司面臨的最大挑戰(zhàn)就是如何散熱，散熱需要反復(fù)設(shè)計(jì)冷卻通道。

阿格尼庫(kù)爾公司成立于2017年底，最初嘗試使用3D打印組件，如點(diǎn)火器、冷卻通道和燃料噴射點(diǎn)。然而，它逐漸突破了界限，開(kāi)始將不同的元件組合在一起，避免了焊接和擰緊，擺脫了傳統(tǒng)方法的束縛。

他說(shuō)，這家初創(chuàng)公司至少經(jīng)歷了 70 或 80 次迭代，尤其是燃料噴射系統(tǒng)的迭代，最終設(shè)計(jì)將所有燃料噴射器組合在一個(gè)部件中。同樣，該公司的冷卻室也經(jīng)歷了至少 20 次不同幾何形狀的迭代。

這家初創(chuàng)公司花了大約六到九個(gè)月的時(shí)間從零開(kāi)始制造第一套發(fā)動(dòng)機(jī)，然后花了近一年的時(shí)間讓發(fā)動(dòng)機(jī)真正飛起來(lái)。去年年底，阿格尼庫(kù)爾籌集了 2670 萬(wàn)美元的資金，才使公司走到今天這一步。

一段時(shí)間以來(lái)，印度的太空領(lǐng)域吸引了全球的關(guān)注。去年，印度成為第一個(gè)在月球南極著陸的國(guó)家，并出臺(tái)了促進(jìn)私人參與的太空政策。印度擁有約 190 家太空技術(shù)初創(chuàng)企業(yè)，最近還更新了政策，提高了太空領(lǐng)域外國(guó)直接投資的限額�，F(xiàn)在，印度的太空初創(chuàng)企業(yè)正在奠定基礎(chǔ)，通過(guò)展示自己的技術(shù)，使其能夠從全球客戶那里創(chuàng)收，從而將印度的太空領(lǐng)域提升到新的水平。