NASA阿忒彌斯登月任務(wù)啟動，火箭攜帶3D打印部件發(fā)射升空

魔猴君  行業(yè)資訊   762天前

在2022年11月16日星期三早些時(shí)候，在阿忒彌斯（Artemis）一號火箭帶著三個(gè)假人試飛后，美國宇航局的“獵戶座”飛船部署了四個(gè)跨度約為63英尺的太陽能電池陣列，走上了通往月球的道路。經(jīng)過多年的拖延和數(shù)十億的成本超支，從佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心發(fā)射的Artemis I是一系列日益復(fù)雜的任務(wù)中的第一個(gè)，這些任務(wù)將使人類探索月球和火星成為可能。

洛克希德-馬丁公司制造的太空發(fā)射系統(tǒng)（SLS）登月火箭在幾秒鐘內(nèi)就達(dá)到了160公里/小時(shí)，攜帶獵戶座太空艙翱翔天空，證明它是世界上最強(qiáng)大的火箭，能夠比其他任何飛行器攜帶更多有效載荷到深空。憑借其前所未有的動力和能力，美國宇航局的阿忒彌斯一號任務(wù)計(jì)劃在月球以外的地方行駛大約4萬英里，在25天內(nèi)返回地球。

△2020年，在美國宇航局佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心的獵戶座飛船上為阿特米斯一號完成安裝后，保護(hù)罩已被放置在兩個(gè)太陽能電池陣列翼上。圖片來源：NASA/Frank Michaux

繼阿波羅計(jì)劃后的重返月球計(jì)劃

當(dāng)火箭的四個(gè)源自航天飛機(jī)的RS-25核心級發(fā)動機(jī)（由Aerojet Rocketdyne公司制造和升級）點(diǎn)燃，幫助巨大的SLS火箭從39B發(fā)射臺升空時(shí)，第一次Artemis任務(wù)開始了。這四臺RS-25發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)用于處理一些最極端的溫度，因?yàn)樗鼈円苿哟罅康耐七M(jìn)劑以產(chǎn)生足夠的能量使火箭擺脫地球引力，這四臺發(fā)動機(jī)有許多3D打印部件，在保持性能、可靠性和安全性的同時(shí)，合作將發(fā)動機(jī)的整體生產(chǎn)成本減少了近35%。

航空噴氣公司總共為阿特米斯一號任務(wù)提供了39個(gè)推進(jìn)元件（38個(gè)液體發(fā)動機(jī)和一個(gè)固體火箭發(fā)動機(jī)），以及14個(gè)高壓罐。對于大部分推進(jìn)裝置，Aerojet公司一直在使用金屬增材制造技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成為公司的一部分，已有二十多年的歷史。此外，時(shí)間和資源都投入到3D打印工藝中，如激光粉末床熔融（LPBF），以成功設(shè)計(jì)并將推進(jìn)系統(tǒng)集成到各種航天器中。

△從美國宇航局斯坦尼斯航天中心的A-1試驗(yàn)臺內(nèi)進(jìn)行的RS-25發(fā)動機(jī)熱火試驗(yàn)。圖片由Aerojet Rocketdyne公司提供。

Artemis和更多的3D打印部件

此外，兩個(gè)固體火箭助推器在飛行的前兩分鐘提供了超過75%的飛行器推力。與RS-25發(fā)動機(jī)一樣，由諾斯羅普-格魯曼公司制造的助推器是由航天飛機(jī)項(xiàng)目的遺產(chǎn)部件設(shè)計(jì)修改而成，并受益于增材制造，使其與SLS軌道載體兼容。

2020年，諾斯羅普公司從猶他州的普羅蒙托里向肯尼迪航天中心運(yùn)送了十個(gè)火箭發(fā)動機(jī)段。這些發(fā)動機(jī)段被組裝成兩個(gè)固體火箭助推器，昨天進(jìn)入太空。由諾斯羅普公司的北猶他州團(tuán)隊(duì)開發(fā)，以720萬磅的強(qiáng)大推力推動SLS飛船的雙固體火箭助推器依靠的是3D打印和計(jì)算機(jī)建模，這項(xiàng)技術(shù)在企業(yè)中正變得越來越普遍。

△固體火箭助推器是SLS火箭的首批堆疊部件，將有助于支持其余的火箭部件和獵戶座飛船。圖片來源：NASA/KimShiflett

立足傳統(tǒng)，重啟征程

在核心級分離和大約40分鐘的海岸階段之后，SLS的臨時(shí)低溫推進(jìn)級（ICPS），由AerojetRocketdyne公司制造的RL10B-2發(fā)動機(jī)提供動力，產(chǎn)生24,750磅的推力，接管了工作，執(zhí)行計(jì)劃中兩次燃燒中的第一次，將獵戶座送入地球上空的穩(wěn)定軌道。

50多年來，航空噴氣公司的RL10一直是美國最重要的火箭末級發(fā)動機(jī)。它被稱為發(fā)射業(yè)的主力，于1959年首次測試，并幫助將航天器送往太陽系的每一個(gè)星球，包括旅行者1號和新視野號，這是離開地球軌道最快的航天器。RL10B-2源自最初的RL10，并采用了3D打印技術(shù)，以降低生產(chǎn)成本，同時(shí)也享有該技術(shù)的性能和設(shè)計(jì)能力。

△在NASA肯尼迪航天中心，NASA團(tuán)隊(duì)將NASA的SLS火箭的ICPS與巨大的SLS核心級上面的運(yùn)載火箭級適配器（LVSA）進(jìn)行整合。圖片來源：NASA/Kim Shiflett

到達(dá)初始軌道后，獵戶座部署了它的太陽能電池板，工程師開始對航天器的系統(tǒng)進(jìn)行檢查。然后，在飛行約一個(gè)半小時(shí)后，火箭的末級發(fā)動機(jī)成功發(fā)射了約18分鐘，為獵戶座提供了所需的巨大推動力，將其送出地球軌道并推向月球。

在接下來的幾個(gè)小時(shí)里，一系列10個(gè)小型科學(xué)調(diào)查和技術(shù)演示搭載在CubeSat上，從連接上級和航天器的圓環(huán)上展開。每個(gè)CubeSat都有其任務(wù)，有可能填補(bǔ)空間知識的空白，或展示可能有利于未來探索月球和其他地方的任務(wù)設(shè)計(jì)的技術(shù)。

獵戶座的服務(wù)艙也將在發(fā)射后約8小時(shí)內(nèi)進(jìn)行一系列燃燒中的第一次燃燒，以保持其朝向月球的路線。預(yù)計(jì)該艙將于11月21日飛過月球，在前往遙遠(yuǎn)的逆行軌道的途中對月球表面進(jìn)行比較接近，這是一個(gè)高度穩(wěn)定的軌道，超出月球數(shù)千英里。

△2022年11月16日，群眾們觀看美國宇航局的太空發(fā)射系統(tǒng)火箭搭載獵戶座飛船進(jìn)行阿特米斯一號飛行測試的發(fā)射。圖片來源：NASA/Bill Ingalls

美國宇航局負(fù)責(zé)探索系統(tǒng)開發(fā)任務(wù)局的副副局長吉姆-弗里德說："這次成功的發(fā)射意味著美國宇航局和我們的合作伙伴正走在一條為了人類的利益而比以往更遠(yuǎn)地探索太空的道路上。"

通過Artemis任務(wù)，美國宇航局將讓第一位女性和第一位有色人種登陸月球表面，為月球的長期存在鋪平道路，并成為宇航員前往火星的基石。第一次Artemis發(fā)射標(biāo)志著本十年來最受關(guān)注的太空項(xiàng)目之一的開始。如果一切順利，下一次火箭發(fā)射任務(wù)，即所謂的Artemis II，將不早于2024年發(fā)生，并將攜帶四名宇航員繞月飛行。Artemis三號將在隨后進(jìn)行載人登陸任務(wù)。

來源：3D打印網(wǎng)