美國宇航局成功測試3D打印的液態(tài)甲烷渦輪泵

寂靜天花板

日前，美國宇航局（NASA）成功測試了一個(gè)以液態(tài)甲烷為燃料的3D打印火箭發(fā)動(dòng)機(jī) 渦輪泵�？茖W(xué)家們認(rèn)為，液態(tài)甲烷是NASA登陸火星計(jì)劃中航天器的理想發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)劑。
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“這是NASA迄今測試過的使用液態(tài)甲烷的最復(fù)雜的火箭部件之一。液態(tài)甲烷是火星登陸器和其它航天器中效果很好的推進(jìn)燃料。”位于阿拉巴馬州Huntsville的馬歇爾太空飛行中心推進(jìn)器系統(tǒng)部經(jīng)理Mary Beth Koelbl說：“增材制造或者3D打印使我們能夠快速射設(shè)計(jì)、建造并測試兩個(gè)具有相同設(shè)計(jì)的渦輪泵。這兩個(gè)渦輪泵分別以液態(tài)甲烷和液氫做推進(jìn)劑，都工作得很好。

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據(jù)稱，渦輪泵的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，因?yàn)樗�需要通過渦輪的快速旋轉(zhuǎn)來驅(qū)動(dòng)泵，并由后者向發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)燃料輪。整個(gè)功率測試中，該渦輪機(jī)產(chǎn)生了600馬力的動(dòng)力，導(dǎo)致燃料泵每分鐘的轉(zhuǎn)速超過36,000轉(zhuǎn)，而且每分鐘可向發(fā)動(dòng)機(jī)提供600加侖的半低溫液態(tài)甲烷——足夠發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生超過22,500磅的推力。此外，研究人員還在低功率水平下完成了三個(gè)其他測試。

除此之外，NASA還在2015年完成了氫渦輪泵組件測試和液氫/液氧實(shí)驗(yàn)機(jī)的測試。這些測試以及火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油嘴和其它部件的制造和測試為推進(jìn)復(fù)雜火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的3D打印、更高效地制造未來的航天器（包括以液態(tài)甲烷為原料的登陸器）鋪平了道路。

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“甲烷推進(jìn)和增材制造對(duì)于未來的星際探索，包括NASA的火星任務(wù)，來說是兩大關(guān)鍵技術(shù)。”馬歇爾太空飛行中心的推進(jìn)工程師Graham Nelson稱，他也參與了這次測試。

液態(tài)甲烷的溫度是零下159攝氏度，而液態(tài)氫則需要被冷卻到零下240攝氏度。液態(tài)甲烷溫度更高就意味著它汽化得更慢，因此更容易存儲(chǔ)更長的時(shí)間，有利于長時(shí)間的太空旅行。此外，當(dāng)下的技術(shù)條件使得人們可以用二氧化碳來制造甲烷火箭燃料，而二氧化碳在火星大氣中的含量非常豐富。

此次測試還確保了3D打印的部件可以在類似登陸器、運(yùn)載火箭或其他太空飛行器的條件下成功運(yùn)行。這些測試數(shù)據(jù)也將提供給那些正在致力于使用3D打印技術(shù)打造滿足航空航天標(biāo)準(zhǔn)的部件，并降低其成本的美國公司。為此所有關(guān)于材料屬性及性能上的數(shù)據(jù)都被編進(jìn)了NASA材料和工藝技術(shù)信息系統(tǒng)（MAPTIS），這是一個(gè)經(jīng)過批準(zhǔn)的用戶方可使用的信息系統(tǒng)。

“增材制造使得我們打造的渦輪泵部件數(shù)減少了45%。”馬歇爾中心的推進(jìn)工程師Nick Case說，他領(lǐng)導(dǎo)了這次測試。“這使得我們很經(jīng)濟(jì)地打造出了兩個(gè)渦輪泵，并且很快就將它們放到了測試臺(tái)上并獲得結(jié)果。我們下一步將在與去年進(jìn)行液氫測試類似的配置條件下，對(duì)帶有其他3D打印發(fā)動(dòng)機(jī)部件的液態(tài)甲烷渦輪泵進(jìn)行測試。”