金屬3D打印技術(shù)變革火箭發(fā)動機制造！軍火巨頭洛克希德·馬丁44億美元收購Aerojet

2020年12月22日，南極熊獲悉，近日發(fā)生了一起超大金額的并購案件，火箭發(fā)動機制造公司Aerojet Rocketdyne Holdings, Inc. (NYSE:AJRD)已達(dá)成最終協(xié)議，將被受到中國制裁的軍事武器公司洛克希德·馬丁(NYSE:LMT)以全現(xiàn)金交易方式收購，總股權(quán)價值為44億美元（約288億人民幣）。而Aerojet Rocketdyne公司在研發(fā)和制造火箭發(fā)動機的過程中，很好得應(yīng)用了3D打印技術(shù)。

根據(jù)協(xié)議條款，洛克希德-馬丁公司將以每股56.00美元的現(xiàn)金收購Aerojet Rocketdyne公司。作為交易的一部分，Aerojet Rocketdyne宣布向其普通股和可換股優(yōu)先票據(jù)的持有人按換股比例派發(fā)每股5.00美元的停牌前特別股息。該特別股息將于2021年3月24日支付給截至2021年3月10日在冊的持有人。
Aerojet股價大漲10.73美元，至52.77美元，漲幅25.5%。洛克希德股價下滑6.68美元，至349.35美元，跌幅為1.8%，使得這家全球最大的國防承包商的市值接近980億美元。

2015年的時候，南極熊曾經(jīng)報道過這家GenCorp旗下的Aerojet Rocketdyne公司，他們在薩克拉門托成功完成了對AR1增壓發(fā)動機關(guān)鍵部件的點火測試。AR1火箭發(fā)動機的單沖量（single-element）主噴油嘴是完全使用3D打印機制造的。

AR1是一款50萬磅推力級的液氧/煤油發(fā)動機，美國希望用它來替代俄羅斯的RD-180發(fā)動機。根據(jù)2015年美國國防授權(quán)法案的要求，為了美國國家安全的考慮。到2019年之前美國制造的替代產(chǎn)品要完全取代俄羅斯的RD-180發(fā)動機，并可用于火箭發(fā)射。

而AR1項目就是在這一環(huán)境下啟動的，并得到了NASA先進(jìn)增壓工程示范/風(fēng)險減少計劃（NASA Advanced Booster Engineering Demonstration/Risk Reduction）的支持。AR1項目的目標(biāo)就是到2019年交付可用于飛行的火箭發(fā)動機。

Aerojet Rocketdyne的首席執(zhí)行官兼總裁Eileen P. Drake說："我們很高興能將我們互補的公司聚集在一起，進(jìn)行一項變革性的交易，這將為我們的股東提供優(yōu)質(zhì)的現(xiàn)金價值，并為我們的員工、客戶和合作伙伴帶來巨大的利益。加入洛克希德-馬丁公司是對我們所建立的世界級組織和團(tuán)隊的肯定，也代表著我們下一階段的自然發(fā)展。作為洛克希德-馬丁公司的一部分，我們將把我們的先進(jìn)技術(shù)與他們豐富的專業(yè)知識和資源結(jié)合起來，以加速實現(xiàn)我們的共同目標(biāo)：實現(xiàn)我們國家的國防和太空探索。我謹(jǐn)代表Aerojet Rocketdyne董事會和管理團(tuán)隊，感謝我們所有員工在幫助我們實現(xiàn)這一偉大里程碑的過程中堅定不移的奉獻(xiàn)和專注。"

該交易預(yù)計將于2021年下半年完成，并取決于慣例成交條件的滿足，包括監(jiān)管部門的批準(zhǔn)和Aerojet Rocketdyne股東的批準(zhǔn)。將成立一個過渡團(tuán)隊，以實現(xiàn)無縫整合，確�？蛻�、員工和其他利益相關(guān)者的連續(xù)性。

據(jù)南極熊了解，Aerojet Rocketdyne不但研發(fā)火箭發(fā)動機還從事導(dǎo)彈等武器的研發(fā)。

NASA的無人駕駛太空發(fā)射系統(tǒng)（SLS）巨型火箭將繞月球飛行，這是Artemis 1任務(wù)初始測試飛行的一部分。SLS是有史以來最強大的火箭，由四個超級引擎提供動力，這些超級引擎旨在處理一些最極端的溫度，需要大量的推進(jìn)劑以產(chǎn)生足以使火箭逃脫地球引力的能量。Aerojet Rocketdyne將制造總共24架RS-25火箭發(fā)動機，支持多達(dá)6架SLS飛行，合同總價值近35億美元。其中18臺發(fā)動機將繼續(xù)優(yōu)化供應(yīng)鏈，并結(jié)合初始SLS發(fā)動機生產(chǎn)中已經(jīng)引入的增材制造（AM）技術(shù)。
△SLS配置，由RS-25火箭發(fā)動機提供動力

運用金屬3D打印技術(shù)來降低成本并提高發(fā)動機引擎效率，是航空航天和國防公司的頭等大事。Aerojet Rocketdyne數(shù)百人一直在從事發(fā)動機的設(shè)計、開發(fā)和制造工作，這些發(fā)動機主要依靠激光粉末床融合技術(shù)來進(jìn)行3D打印。每個發(fā)動機引擎上有35個3D打印的零件。
△Aerojet Rocketdyne的火箭發(fā)動機，使用增材制造生產(chǎn)重啟引擎上的某些零件，除了此處所示的動力頭零件以外，還采用了現(xiàn)代制造技術(shù)來生產(chǎn)新的主燃燒室和噴嘴



△Aerojet Rocketdyne RS-25航天飛機主機（SSME）的熱試點火

“我們工作重點是制造可靠、堅固的3D打印零件，可以勝任全生命周期的工作。幾年前，我們開始設(shè)計其中一些部件，以確保通過NASA太空計劃的測試和認(rèn)證，這對即將進(jìn)行的載人飛行任務(wù)的安全至關(guān)重要。 ”Aerojet Rocketdyne相關(guān)負(fù)責(zé)人表示

3D打印簡化了多個RS-25零件和組件的生產(chǎn)，使發(fā)動機的生產(chǎn)成本更低，同時提高了可靠性。減少零件焊縫，發(fā)動機的結(jié)構(gòu)完整性會提高。這是一個非常復(fù)雜的制造過程。實際上，火箭發(fā)動機的制造復(fù)雜到，以至于只有少數(shù)幾個國家能夠制造出來。

△Aerojet Rocketdyne的增材制造團(tuán)隊，從左至右：Bryan Webb，Ivan Cazares和Alan Fung


RS-25發(fā)動機上最大的3D打印零件之一是關(guān)鍵的“ P​​ogo”蓄能器組件。復(fù)雜零件大約相當(dāng)于沙灘球大小，可作為減震器，以減少推進(jìn)劑在飛行器和發(fā)動機之間流動時引起的振蕩。這是火箭引擎的關(guān)鍵部件，因為它有助于使宇航員和飛行器的行駛平穩(wěn)，確保安全飛行。Pogo過去需要100多個焊縫，而且都是手工完成，并且花費需要將近四年的時間，而在洛杉磯Aerojet Rocketdyne工廠生產(chǎn)的3D打印Pogo將焊縫降低到只有3個，并在不到一年的時間內(nèi)完成。

△Pogo

其中一些經(jīng)過修改優(yōu)化的組件，已經(jīng)在滿足飛行條件的發(fā)動機測試期間進(jìn)行了測試。例如，在NASA的Stennis航天中心進(jìn)行的400秒測試中，Aerojet Rocketdyne能夠成功評估了3D打印Pogo蓄能器組件的性能。



△Velo3D的無支撐金屬3D打印技術(shù)，可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)前所未有的復(fù)雜熱交換器


與NASA合作，Aerojet實施了一項計劃，與老版本飛船相比，未來的發(fā)動機成本降低了30％以上，這要歸功于3D打印等先進(jìn)的制造技術(shù)，工程師修改了火箭的某些零件。

在飛行過程中，四個發(fā)動機引擎將為SLS提供約200萬磅的推力，將重型火箭送入太空�；鸺�發(fā)動機安裝在一個212英尺高的核心平臺的底部，該平臺可容納700,000加侖的推進(jìn)劑，并伴有控制火箭飛行的飛行計算機。

Aerojet的3D打印團(tuán)隊正在使用GE Con​​cept Laser和EOS機器來滿足選擇性激光熔化的要求。他們使用超級合金，主要是鎳基合金，用于3D打印的發(fā)動機零件，因為它具有出色的耐腐蝕性、高強度，并且能夠抵御大多數(shù)液體推進(jìn)劑火箭發(fā)動機中的氫燃料所引起的氫脆性。
△視頻：RS-25發(fā)動機點火測試

這些新的RS-25發(fā)動機是航天飛機發(fā)動機的升級版，而航天飛機發(fā)動機已經(jīng)是歷史上最可靠的發(fā)動機。工程師花了40年的時間，讓往復(fù)式發(fā)動機盡可能地可靠、安全和高性能。通過增材制造，大大降低了成本。 這項技術(shù)將徹底改變火箭發(fā)動機引擎的制造方式。
△Aerojet 工廠里RS-25發(fā)動機組件的噴嘴套。重啟生產(chǎn)后，噴嘴套的生產(chǎn)進(jìn)行了現(xiàn)代化改造，零件數(shù)量從幾十個減少到了四個。在噴嘴組件的生產(chǎn)中，將一千多個冷卻管精確地布置在護(hù)套的內(nèi)部，然后用釬焊工藝將它們?nèi)诤显谝黄?br />
RS-25發(fā)動機噴嘴是制造過程中勞動強度最大的零件之一。液態(tài)氫穿過噴嘴襯套內(nèi)部的1,000多個冷卻管，從而保護(hù)噴嘴免受發(fā)動機高溫的燃燒。如果這些零件是單獨制造的，就需要進(jìn)行復(fù)雜的釬焊工藝，以將各個冷卻液管熔合到噴嘴套上。正在研究的思路之一是3D打印發(fā)動機噴嘴，并在噴嘴壁中內(nèi)置冷卻通道。

△定向能量沉積（Blown powder directed energy deposition）3D打印技術(shù)制造的發(fā)動機噴嘴，比傳統(tǒng)制造技術(shù)更便宜、更快速

“我們正在做一些技術(shù)開發(fā)工作，這是Aerojet Rocketdyne與3D打印Marshall 工程公司之間的絕妙合作，以探索諸如定向能量沉積（DED）通道壁噴嘴之類的東西�！� NASA SLS計劃液體引擎辦公室經(jīng)理Johnny Heflin解析說，“我們也在研究大規(guī)模的3D打印和所謂的激光線封閉等多種不同的新興技術(shù)，并試圖完善它，發(fā)展為入口引擎上的制造技術(shù)�！�