SpaceX超大型星艦火箭再創(chuàng)紀錄，金屬3D打印技術助力發(fā)動機原型設計多次迭代

2024年10月14日，南極熊獲悉，美國航空航天公司Space X公司的星艦（Starship）火箭第五次飛行測試于 10 月 13 日星期日上午 7 點左右準時進行，取得了巨大的成功。僅經過五次試飛，SpaceX就能夠開發(fā)出有史以來最大、最強大的航天器，將 Starship 航天器發(fā)射到近地軌道，并在其著陸時使用科幻風格的 Mechazilla 系統(tǒng)和“筷子”接住其巨大的第一級。

在今年的8月份，SpaceX對外宣布其首臺三代猛禽（Raptor 3，海平面版本）火箭發(fā)動機出廠，這一消息也預示著Raptor 3 發(fā)動機正式進入量產階段：馬斯克：SpaceX擁有世界上先進的金屬3D打印技術，猛禽3火箭發(fā)動機大升級，推力280噸-南極熊3D打印網 - 平臺 (nanjixiong.com)。僅過去了短短兩個月，SpaceX就已經實現了星艦火箭的第五次發(fā)射，尤其這次 “筷子夾住火箭”的著陸回收方式更是刷新了人類的認知。

△Raptor系列1-3代發(fā)動機對比

SpaceX是金屬增材制造技術的主要用戶，如果沒有使用增材制造快速且經濟高效地迭代原型的能力，這一切都不可能實現。遺憾的是，沒有足夠多的 SpaceX 來幫助推動增材制造的采用。盡管如此，航空航天公司仍然是增材制造的最大用戶之一，推動著龐大且快速增長的全球業(yè)務。VAST、Rocket Lab、UrsaMajor、Relativity 和 Beehive 等先鋒太空公司都是增材制造的重度用戶，盡管規(guī)�？隙ú蝗� SpaceX。航空和無人機領域也有許多增材制造技術的忠實用戶。

SpaceX星艦的第四次飛行也取得了巨大的成功。在完全成功升空之后，助推器首次在墨西哥灣軟著陸，星際飛船成功重返大氣層，隨后著陸燃燒并濺落到印度洋。

星艦的第五次飛行測試向全面快速重復使用又邁進了一步。主要目標是首次返回發(fā)射場并接住超重型助推器，以及星艦的另一次再入和著陸燃燒，目標是星艦在印度洋上準確濺落。

在這次飛行測試之前，對 Super Heavy、Starship 以及 Starbase 的發(fā)射和接收塔基礎設施的硬件和軟件進行了廣泛的升級。SpaceX 工程師花了數年時間準備和數月時間測試助推器接收嘗試，技術人員投入了數萬小時來構建基礎設施，以最大限度地提高成功率。在最近一次參觀 Starfactory 期間，馬斯克告訴 Youtuber EveryDayAstronaut，每次發(fā)射后，都會對火箭的硬件進行數千次更改。考慮到上一次發(fā)射僅在幾個月前進行，這需要非常高速的制造能力。

在超重型火箭助推器返回并嘗試回收之前，必須滿足數千種不同的運載工具和發(fā)射臺標準，這需要助推器和發(fā)射塔上的系統(tǒng)正常運行，并由任務飛行指揮員手動發(fā)出指令。如果在助推器回燃完成之前未發(fā)出此指令，或者自動健康檢查顯示超重型火箭或發(fā)射塔的狀況不可接受，助推器將默認采用著陸燃燒和軟濺落墨西哥灣的軌跡。返回的助推器從超音速減速，導致著陸區(qū)周圍區(qū)域出現可聽見的音爆。

星艦的飛行軌跡與上次試飛相似，濺落在印度洋。該飛行路徑不需要脫離軌道燃燒即可再入，最大限度地保障了公共安全，同時仍提供了實現 SpaceX 的主要目標的機會，即實現 Starship 的受控再入和水上軟著陸。即使它沒有墜毀，降落在海洋中也意味著必須犧牲 Starship 的許多部件 - 包括發(fā)動機。這也意味著 SpaceX 必須能夠快速且經濟高效地生產多臺發(fā)動機。雖然一些較簡單的零件可以從壓鑄和CNC 組件中采購，但所有復雜的零件和子組件都必須 3D 打印。根本沒有辦法繞過它。從 Starfactory 車間里令人難以置信的助推器數量來判斷，這意味著大量的增材制造部件被使用。

星艦在飛行前進行的一項關鍵升級是徹底改造其隔熱板，SpaceX 技術人員花費了超過 12,000 小時的時間，用新一代隔熱板、備用燒蝕層和襟翼結構之間的額外保護裝置替換了整個熱保護系統(tǒng)。這項大規(guī)模工作，以及對飛船操作和再入和著陸燃燒軟件的更新，旨在改進上一次飛行，并使星艦在印度洋目標區(qū)域軟著陸。

每次飛行都以上一次飛行的經驗為基礎，測試星際飛船各個方面的硬件和操作改進，該公司現在即將展示星際飛船完全快速重復使用設計的基本技術。通過在飛行環(huán)境中繼續(xù)推動硬件，并盡可能安全和頻繁地這樣做，SpaceX 正在迅速使星際飛船上線并徹底改變人類進入太空的能力。