英國太空3D打印領(lǐng)域又添生力軍—普羅米修斯-2和Orbex火箭發(fā)動(dòng)機(jī)
魔猴君 行業(yè)資訊 951天前
2022年5月12日,英國航天局對外宣布了英國近期航天方面取得的幾個(gè)新的里程碑,包括在英國本土的首次衛(wèi)星發(fā)射。歐洲航天局(ESA)期待已久的"普羅米修斯-2"火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)射將于今年夏天晚些時(shí)候在紐基的康沃爾航天港進(jìn)行,將兩顆立方體衛(wèi)星發(fā)射到低地球軌道(LEO),以監(jiān)測包括GPS和精密成像在內(nèi)的無線電信號。與此同時(shí),英國航空航天公司Orbex已經(jīng)公布了其Prime軌道空間火箭的第一個(gè)全尺寸原型,其中的發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪泵系統(tǒng)是3D打印的。
英國政府國防采購部長杰里米-昆說:"空間技術(shù)對發(fā)展國防能力至關(guān)重要,'普羅米修斯-2'號的發(fā)射代表著我們本土的空間項(xiàng)目又向前邁出了重要一步。與太空任務(wù)和空客公司的這種合作為英國成為一個(gè)更有彈性、更強(qiáng)大和更重要的全球空間實(shí)體鋪平了道路。"
△發(fā)射臺上的Orbex Prime火箭原型。照片來自Orbex。
普羅米修斯項(xiàng)目
普羅米修斯火箭發(fā)動(dòng)機(jī)自2017年以來一直在開發(fā)中,當(dāng)時(shí)歐空局與阿麗亞娜集團(tuán)簽署了一份價(jià)值7500萬歐元的合同,用于開發(fā)可重復(fù)使用的、低成本的、3D打印等創(chuàng)新制造技術(shù)的新一代火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。阿麗亞娜集團(tuán)是跨國航空航天公司空中客車公司和賽峰集團(tuán)的合資企業(yè),在2015年已經(jīng)開始用金屬3D打印方法制作發(fā)動(dòng)機(jī)的原型。普羅米修斯的前身之一——Vulcain 2.1,包含3D打印的結(jié)構(gòu)部件。此后,該項(xiàng)目專注于通過廣泛使用增材制造,以比傳統(tǒng)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)低十倍的成本生產(chǎn)普羅米修斯。2018年,GKN航空航天公司與阿麗亞娜集團(tuán)簽訂合同,為液氧甲烷推進(jìn)的普羅米修斯發(fā)動(dòng)機(jī)3D打印兩個(gè)全尺寸渦輪。據(jù)吉?jiǎng)P恩公司稱,利用增材制造技術(shù)使渦輪機(jī)內(nèi)的關(guān)鍵部件具有更高的性能,更短的交貨時(shí)間,并降低了90%的成本。
△普羅米修斯發(fā)動(dòng)機(jī)有一個(gè)3D打印的燃燒室。照片來自阿麗亞娜集團(tuán)。
發(fā)射倒計(jì)時(shí)
經(jīng)過多年的開發(fā),普羅米修斯-2火箭發(fā)動(dòng)機(jī)將在今年夏天首次發(fā)射,將兩顆立方體衛(wèi)星送入低地球軌道。普羅米修斯-2由位于漢普郡的In-Space Missions公司制造,并與空中客車防務(wù)和空間公司、英國國防部(MOD)和其他國際合作伙伴共同設(shè)計(jì)。
立方體衛(wèi)星將提供一個(gè)測試平臺,用于監(jiān)測無線電信號、全球定位系統(tǒng)和復(fù)雜的成像,因?yàn)橛教炀终谂εc其盟友開發(fā)一個(gè)更加互聯(lián)的空間通信系統(tǒng)。特別是,這項(xiàng)任務(wù)將幫助國防部更好地了解英國及其國際伙伴如何合作,以創(chuàng)建一個(gè)更有能力、更靈活、更低成本的衛(wèi)星運(yùn)營和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。英國航天局副首席執(zhí)行官伊恩-安奈特說:"我們正在將英國置于小型衛(wèi)星發(fā)射的最前沿,在全球市場內(nèi)為商業(yè)客戶和政府提供世界領(lǐng)先的能力,開辟新的機(jī)會,并激勵(lì)當(dāng)前和下一代的英國太空科學(xué)家、工程師和企業(yè)家。這些衛(wèi)星展示了英國在設(shè)計(jì)和建造衛(wèi)星方面的優(yōu)勢。能夠首次從英國和歐洲各地發(fā)射,將進(jìn)一步推動(dòng)我們的衛(wèi)星產(chǎn)業(yè),在全國范圍內(nèi)創(chuàng)造高技能就業(yè)機(jī)會,并實(shí)現(xiàn)國家空間戰(zhàn)略的一個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)。這些立方體衛(wèi)星將由維珍軌道公司的 "發(fā)射器一號"火箭發(fā)射到低地球軌道,并在地球上空550公里處運(yùn)行。一顆立方體衛(wèi)星配備了高光譜成像儀、激光探測器和GPS接收器,以捕捉更高清晰度的地球圖像,而另一顆立方體衛(wèi)星包括兩臺光學(xué)成像相機(jī),以提供180度的地球表面視圖并觀察第一顆立方體衛(wèi)星。
國防部空間主任哈夫-斯邁思空軍副元帥說:“這是國際合作力量的一個(gè)很好的例子,當(dāng)然,合作也是我們國防空間戰(zhàn)略的一個(gè)關(guān)鍵宗旨。普羅米修斯-2號將為英國國防部的未來太空計(jì)劃提供巨大的價(jià)值,而且,由于我們在國家偵察局的合作伙伴,這顆功能強(qiáng)大的衛(wèi)星將在今年夏天從英國本土發(fā)射。我對我們共同取得的成就感到非常自豪,這只是一個(gè)開始。"
△正在進(jìn)行測試的普羅米修斯氣體發(fā)生器。照片來自阿麗亞娜集團(tuán)。
Orbex公司公布了全尺寸的Prime原型機(jī)
與此同時(shí),Orbex公司揭示了其Prime微型發(fā)射器火箭的第一個(gè)全尺寸原型。該公司在2015年發(fā)射后最初以隱形模式運(yùn)作,在籌集了3000萬英鎊的資金后于2018年突然亮相。Orbex之前曾與SLMSolutions合作開發(fā)其3D打印火箭發(fā)動(dòng)機(jī),這在2019年被認(rèn)為是當(dāng)時(shí)世界上最大的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。去年2月,Orbex委托EOS集團(tuán)的公司AMCM建造歐洲最大的工業(yè)3D打印機(jī),以實(shí)現(xiàn)內(nèi)部快速打印火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。這套價(jià)值數(shù)百萬英鎊的系統(tǒng)將促進(jìn)每年打印超過35個(gè)單件的大型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和主級渦輪泵系統(tǒng),它們是Orbex公司19米長的Prime火箭的關(guān)鍵部分。Prime火箭的燃料是可再生的生物丙烷燃料,據(jù)報(bào)道,與目前大多數(shù)商業(yè)火箭所使用的煤油燃料相比,該燃料可減少90%的二氧化碳排放。該火箭被設(shè)計(jì)為可重復(fù)使用,以便不在地球周圍的軌道上留下任何碎片,并配備了一個(gè)新穎的回收和可重復(fù)使用系統(tǒng)。
現(xiàn)在,Orbex公司已經(jīng)成功地將其第一個(gè)全尺寸的Prime火箭原型整合到其位于蘇格蘭Kinloss的第一個(gè)測試發(fā)射平臺的發(fā)射臺上。該公司現(xiàn)在將著眼于進(jìn)行綜合測試,包括火箭發(fā)射的 "彩排 "以及發(fā)射程序的開發(fā)和優(yōu)化。
Orbex的首席執(zhí)行官ChrisLarmour說:"這是Orbex的一個(gè)重要里程碑,突出了我們走了有多遠(yuǎn)。從外面看,它可能看起來像一個(gè)普通的火箭,但在內(nèi)部,Prime與其他任何東西都不同。為了實(shí)現(xiàn)21世紀(jì)火箭的性能和環(huán)境可持續(xù)性,我們必須在許多領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新,包括低碳燃料、完全3D打印的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、非常輕的燃料箱,以及新穎的低質(zhì)量可重復(fù)使用技術(shù)"。Prime火箭將從蘇格蘭北海岸正在開發(fā)的新太空港Space Hub Sutherland正式發(fā)射。早在2020年8月,薩瑟蘭空間樞紐是英國第一個(gè)獲得規(guī)劃許可的垂直太空港。Annett說:"我們正處于一個(gè)歷史性時(shí)刻的邊緣,Orbex在為英國創(chuàng)造一個(gè)全新的發(fā)射能力方面發(fā)揮著主導(dǎo)作用,同時(shí)為全國各地的人們和企業(yè)創(chuàng)造機(jī)會。我迫不及待地想看到Prime從薩瑟蘭航天中心升空。"
△Orbex3D打印的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)在第2階段火箭工程原型中。圖片來自Orbex。
英國繁榮的太空領(lǐng)域
英國的空間部門目前雇用了大約47,000人,創(chuàng)造了165億英鎊的收入。英國政府的國家太空戰(zhàn)略正在尋求使英國成為歐洲領(lǐng)先的國家,為小型衛(wèi)星制造商提供直接的端到端發(fā)射路線,同時(shí)在英國太空港當(dāng)?shù)貏?chuàng)造技術(shù)工作。
薩瑟蘭太空中心是英國各地七個(gè)潛在的太空港之一,一旦完成,預(yù)計(jì)將在周圍地區(qū)創(chuàng)造600多個(gè)就業(yè)機(jī)會。科學(xué)部長喬治-弗里曼說:"對于英國的空間和衛(wèi)星部門來說,這是一個(gè)非常激動(dòng)人心的時(shí)刻,因?yàn)槲覀冋跒榻衲晗奶焱硇r(shí)候從英國太空港發(fā)射第一批衛(wèi)星進(jìn)行倒計(jì)時(shí)。Orbex Prime是英國火箭公司的一項(xiàng)了不起的工程壯舉,它開創(chuàng)了更多可持續(xù)的創(chuàng)新燃料,減少了碳排放??吹娇偛吭O(shè)在摩雷的Orbex公司創(chuàng)造了更多高質(zhì)量的工作,這也是非常好的,表明我們繁榮的空間部門對支持新興創(chuàng)新集群的價(jià)值,以幫助提高整個(gè)英國的水平。"
△新的薩瑟蘭航天中心將于2022年初投入使用,它將使Orbex公司能夠發(fā)射自1971年以來的第一顆英國衛(wèi)星進(jìn)入軌道。圖片來自Orbex。
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