英國太空3D打印領域又添生力軍—普羅米修斯-2和Orbex火箭發動機

魔猴君  行業資訊   920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新的里程碑，包括在英國本土的首次衛星發射。歐洲航天局（ESA）期待已久的"普羅米修斯-2"火箭發動機的發射將于今年夏天晚些時候在紐基的康沃爾航天港進行，將兩顆立方體衛星發射到低地球軌道（LEO），以監測包括GPS和精密成像在內的無線電信號。與此同時，英國航空航天公司Orbex已經公布了其Prime軌道空間火箭的第一個全尺寸原型，其中的發動機和渦輪泵系統是3D打印的。

英國政府國防采購部長杰里米-昆說："空間技術對發展國防能力至關重要，'普羅米修斯-2'號的發射代表著我們本土的空間項目又向前邁出了重要一步。與太空任務和空客公司的這種合作為英國成為一個更有彈性、更強大和更重要的全球空間實體鋪平了道路。"

△發射臺上的Orbex Prime火箭原型。照片來自Orbex。

普羅米修斯項目

普羅米修斯火箭發動機自2017年以來一直在開發中，當時歐空局與阿麗亞娜集團簽署了一份價值7500萬歐元的合同，用于開發可重復使用的、低成本的、3D打印等創新制造技術的新一代火箭發動機。阿麗亞娜集團是跨國航空航天公司空中客車公司和賽峰集團的合資企業，在2015年已經開始用金屬3D打印方法制作發動機的原型。普羅米修斯的前身之一——Vulcain 2.1，包含3D打印的結構部件。此后，該項目專注于通過廣泛使用增材制造，以比傳統火箭發動機低十倍的成本生產普羅米修斯。2018年，GKN航空航天公司與阿麗亞娜集團簽訂合同，為液氧甲烷推進的普羅米修斯發動機3D打印兩個全尺寸渦輪。據吉凱恩公司稱，利用增材制造技術使渦輪機內的關鍵部件具有更高的性能，更短的交貨時間，并降低了90%的成本。

△普羅米修斯發動機有一個3D打印的燃燒室。照片來自阿麗亞娜集團。

發射倒計時

經過多年的開發，普羅米修斯-2火箭發動機將在今年夏天首次發射，將兩顆立方體衛星送入低地球軌道。普羅米修斯-2由位于漢普郡的In-Space Missions公司制造，并與空中客車防務和空間公司、英國國防部（MOD）和其他國際合作伙伴共同設計。

立方體衛星將提供一個測試平臺，用于監測無線電信號、全球定位系統和復雜的成像，因為英國航天局正在努力與其盟友開發一個更加互聯的空間通信系統。特別是，這項任務將幫助國防部更好地了解英國及其國際伙伴如何合作，以創建一個更有能力、更靈活、更低成本的衛星運營和數據處理系統。英國航天局副首席執行官伊恩-安奈特說："我們正在將英國置于小型衛星發射的最前沿，在全球市場內為商業客戶和政府提供世界領先的能力，開辟新的機會，并激勵當前和下一代的英國太空科學家、工程師和企業家。這些衛星展示了英國在設計和建造衛星方面的優勢。能夠首次從英國和歐洲各地發射，將進一步推動我們的衛星產業，在全國范圍內創造高技能就業機會，并實現國家空間戰略的一個關鍵目標。這些立方體衛星將由維珍軌道公司的 "發射器一號"火箭發射到低地球軌道，并在地球上空550公里處運行。一顆立方體衛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，而另一顆立方體衛星包括兩臺光學成像相機，以提供180度的地球表面視圖并觀察第一顆立方體衛星。

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很好的例子，當然，合作也是我們國防空間戰略的一個關鍵宗旨。普羅米修斯-2號將為英國國防部的未來太空計劃提供巨大的價值，而且，由于我們在國家偵察局的合作伙伴，這顆功能強大的衛星將在今年夏天從英國本土發射。我對我們共同取得的成就感到非常自豪，這只是一個開始。"

△正在進行測試的普羅米修斯氣體發生器。照片來自阿麗亞娜集團。

Orbex公司公布了全尺寸的Prime原型機

與此同時，Orbex公司揭示了其Prime微型發射器火箭的第一個全尺寸原型。該公司在2015年發射后最初以隱形模式運作，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合作開發其3D打印火箭發動機，這在2019年被認為是當時世界上最大的火箭發動機。去年2月，Orbex委托EOS集團的公司AMCM建造歐洲最大的工業3D打印機，以實現內部快速打印火箭發動機。這套價值數百萬英鎊的系統將促進每年打印超過35個單件的大型火箭發動機和主級渦輪泵系統，它們是Orbex公司19米長的Prime火箭的關鍵部分。Prime火箭的燃料是可再生的生物丙烷燃料，據報道，與目前大多數商業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。該火箭被設計為可重復使用，以便不在地球周圍的軌道上留下任何碎片，并配備了一個新穎的回收和可重復使用系統。

現在，Orbex公司已經成功地將其第一個全尺寸的Prime火箭原型整合到其位于蘇格蘭Kinloss的第一個測試發射平臺的發射臺上。該公司現在將著眼于進行綜合測試，包括火箭發射的 "彩排 "以及發射程序的開發和優化。

Orbex的首席執行官ChrisLarmour說："這是Orbex的一個重要里程碑，突出了我們走了有多遠。從外面看，它可能看起來像一個普通的火箭，但在內部，Prime與其他任何東西都不同。為了實現21世紀火箭的性能和環境可持續性，我們必須在許多領域進行創新，包括低碳燃料、完全3D打印的火箭發動機、非常輕的燃料箱，以及新穎的低質量可重復使用技術"。Prime火箭將從蘇格蘭北海岸正在開發的新太空港Space Hub Sutherland正式發射。早在2020年8月，薩瑟蘭空間樞紐是英國第一個獲得規劃許可的垂直太空港。Annett說："我們正處于一個歷史性時刻的邊緣，Orbex在為英國創造一個全新的發射能力方面發揮著主導作用，同時為全國各地的人們和企業創造機會。我迫不及待地想看到Prime從薩瑟蘭航天中心升空。"

△Orbex3D打印的火箭發動機在第2階段火箭工程原型中。圖片來自Orbex。

英國繁榮的太空領域

英國的空間部門目前雇用了大約47,000人，創造了165億英鎊的收入。英國政府的國家太空戰略正在尋求使英國成為歐洲領先的國家，為小型衛星制造商提供直接的端到端發射路線，同時在英國太空港當地創造技術工作。

薩瑟蘭太空中心是英國各地七個潛在的太空港之一，一旦完成，預計將在周圍地區創造600多個就業機會。科學部長喬治-弗里曼說："對于英國的空間和衛星部門來說，這是一個非常激動人心的時刻，因為我們正在為今年夏天晚些時候從英國太空港發射第一批衛星進行倒計時。Orbex Prime是英國火箭公司的一項了不起的工程壯舉，它開創了更多可持續的創新燃料，減少了碳排放。看到總部設在摩雷的Orbex公司創造了更多高質量的工作，這也是非常好的，表明我們繁榮的空間部門對支持新興創新集群的價值，以幫助提高整個英國的水平。"

△新的薩瑟蘭航天中心將于2022年初投入使用，它將使Orbex公司能夠發射自1971年以來的第一顆英國衛星進入軌道。圖片來自Orbex。

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