自從SpaceX首次亮相以來，私人太空發射業已大大擴展，但是某些市場（例如印度）現在才獲得監管支持，現在，這些障礙正在逐漸消除，印度私人發射初創公司Skyroot正在飛躍成為該國第一家私人航天運載火箭制造商，并通過一項新的成功的上級發動機燃燒測試取得了重大技術進步。近日，Skyroot 成功地測試了裝有帶100％3D打印噴油器的火箭發動機，火箭發動機是配置在其Vikram I運載火箭上的。

3D打印助力開啟民營航空

據悉，Skyroot成立于兩年前，其團隊由之前曾在印度空間研究組織（ISRO）工作過的火箭工程師組成，到目前為止，這家初創公司已經籌集了430萬美元，其中包括來自太空和國防承包商Solar Industries的融資，目前正在重新進行融資流程，計劃在2021年之前再獲得1500萬美元的投資。

3D打印搭建競爭優勢

在技術方面，Skyroot目前專注于開發其首款Vikram I運載火箭，3D打印也是Skyroot整體火箭制造技術的關鍵部分，Skyroot公司稱通過3D打印技術可將發動機質量降低50%，并減少其構造所需的零部件，且將其生產的交貨時間縮短了80%。Skyroot下一步將對正在研發的火箭的兩個完整階段進行試射，該公司還同時在開發下一代運載火箭Vikram-2和Vikram-3，這些運載火箭將在2022年至2023年之間的某個時間點問世，并與現有的更大的拼車式火箭具有成本競爭力。

這款名為“拉曼”的發動機可以將多顆衛星送入軌道。拉曼發動機由UDMH和NTO液體燃料提供動力，由4個發動機組成的發動機組合產生3.4kN的推力，拉曼發動機是四級火箭Vikram I的最后一級。VikramI將由3級固體燃料發動機提供動力，而目前已測試的最后一級是液體燃料發動機。這是印度首款100％3D打印的雙推進劑液體火箭發動機噴油器。與傳統制造相比，該引擎能夠多次重啟，使他們能夠在一次任務中將各種衛星插入多個軌道。

關于通過3D打印技術制造3D打印注射器，除金屬外，Skyroot還在3D打印過程中使用特殊材料，Skyroot期待將3D打印應用到Vikram-2火箭中。Skyroot已經開發了用于運載火箭制導、導航和控制功能的內部軟件，并且正在進行機載航空電子模塊的測試，Skyroot的目標是它的首枚運載火箭于2021年12月發射，并將多顆衛星插入太空。

油氣混合，3D打印來解決

在液氧/煤油發動機噴油器部件方面，早在2018年，德國航天中心DLR與3D Systems客戶創新中心CIC合作，設計了一個3D打印噴射器，以此來實現新性能。火箭發動機的噴射器是燃料和氧化劑進入燃燒室的部分。成功的液體火箭燃料噴射器以特定方式推動部件，確保其霧化和適當混合，產生移動火箭所需的燃燒。通過使用金屬3D打印，航空航天中心能夠徹底改變同軸噴射器的設計方法，無需多個組件，顯著降低生產時間和成本。零件數量從30減少到1有助于最終減重10%，并消除了緊固處已知的故障點，有利于減少相關的質量管控措施，提升了系統性能。

德國航天中心火箭噴油器的最終部件通過3D Systems的金屬打印機ProX DMP 320進行打印，使用的材料是LaserForm? Ni718 （A），一種抗氧化和耐腐蝕的鉻鎳鐵合金。這種材料具有良好的抗拉強度、耐疲勞性、抗蠕變性和持久強度，即使溫度達到700?c，是高溫應用的理想選擇。金屬3D打印幫助航空航天中心采用同軸噴射技術和雙旋流噴射器元件，優化噴射頭的氧化劑和燃料混合。采用了兩種不同的冷卻方案，每一種都采用最小特征尺寸為0.2毫米、最大長度/直徑比為45的細通道。該設計還集成了噴射頭的鋪膜特性，使工程師能夠直接調整噴油器處的膜質量流量。

航天中心通過直接將冷卻劑分配系統與噴射器集成，使性能有所提升，工程師能夠實施并獨立控制壁面發汗和氣膜冷卻技術。當在噴射器內使用時，在燃燒室內熱的一側形成冷卻劑膜，以保護壁面結構不受高熱通量的影響。這種系統被認為比傳統的再生冷卻更容易制造和經濟。與陶瓷纖維基復合材料（CMCS）等復雜的陶瓷材料結合一起，航天中心和3D Systems開發的設計和制造方法有可能支持為了噴射頭開發的結構和系統被多次重復使用，并將技術轉移到其他應用中。為了簡化理解3D打印在動力零件的應用邏輯，可以把動力裝備的發展要求概括為亮點：爆發力強、安全性高。而3D打印釋放了設計與制造的自由度，通過優化燃料與空氣的混合比，提升動力裝備的動能；另一方面，通過3D打印冷卻通道或者是銅金屬，提升了動力裝備的快速散熱性能，獲得更高的安全性。

本文中所提到的噴油器，正是利用了3D打印成就復雜設計的特點，成就更強健的火箭發動機。
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