NASA阿忒彌斯登月任務(wù)啟動(dòng)，火箭攜帶3D打印部件發(fā)射升空
魔猴君 行業(yè)資訊 708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(hào)火箭帶著三個(gè)假人試飛后，美國(guó)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(dòng)力和能力，美國(guó)宇航局的阿忒彌斯一號(hào)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(guó)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(hào)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(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)（由Aerojet Rocketdyne公司制造和升級(jí)）點(diǎn)燃，幫助巨大的SLS火箭從39B發(fā)射臺(tái)升空時(shí)，第一次Artemis任務(wù)開始了。這四臺(tái)RS-25發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)用于處理一些最極端的溫度，因?yàn)樗鼈円苿?dòng)大量的推進(jìn)劑以產(chǎn)生足夠的能量使火箭擺脫地球引力，這四臺(tái)發(fā)動(dòng)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(dòng)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(hào)任務(wù)提供了39個(gè)推進(jìn)元件（38個(gè)液體發(fā)動(dòng)機(jī)和一個(gè)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)），以及14個(gè)高壓罐。對(duì)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(guó)宇航局斯坦尼斯航天中心的A-1試驗(yàn)臺(tái)內(nèi)進(jìn)行的RS-25發(fā)動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)段。這些發(fā)動(dòng)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(dòng)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(jí)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(jí)（ICPS），由AerojetRocketdyne公司制造的RL10B-2發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)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(guó)最重要的火箭末級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)。它被稱為發(fā)射業(yè)的主力，于1959年首次測(cè)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(hào)和新視野號(hào)，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(jí)上面的運(yùn)載火箭級(jí)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(duì)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(jí)發(fā)動(dòng)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(dòng)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(jí)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(shí)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(duì)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(guó)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(hào)飛行測(cè)試的發(fā)射。圖片來源：NASA/Bill Ingalls
美國(guó)宇航局負(fù)責(zé)探索系統(tǒng)開發(fā)任務(wù)局的副副局長(zhǎng)吉姆-弗里德說："這次成功的發(fā)射意味著美國(guó)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(guó)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(zhǎng)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(hào)將在隨后進(jìn)行載人登陸任務(wù)。
來源：3D打印網(wǎng)
