維珍銀河公司:3D打印為航空、航天業(yè)帶來(lái)非凡的體驗(yàn)

理查德·布蘭森(Richard Branson)在加利福尼亞的維珍軌道公司
早在2016年,布蘭森(Branson)表示希望“有數(shù)百萬(wàn)人愿意成為宇航員并有機(jī)會(huì)前往軌道。如果我們能夠使其環(huán)境友好,如果我們能夠使其負(fù)擔(dān)得起,并且我們能夠使其安全,那么你有機(jī)會(huì)進(jìn)入太空!
實(shí)際上,他計(jì)劃成為明年首枚維珍銀河號(hào)航天器的乘員之一。由于最近與Under Armour合作,他甚至有了新的太空裝備。但布蘭森(Branson)將品牌推廣到太空的愿景還涉及為小型衛(wèi)星創(chuàng)建發(fā)射服務(wù),這就是為什么企業(yè)家在2017年決定將維珍軌道(Virgin Orbit)拆分為維珍銀河(Virgin Galactic)的獨(dú)立公司的原因。該公司將專注于小型衛(wèi)星業(yè)務(wù),也稱為“ smallsats”,nanosats或CubeSats,預(yù)計(jì)到2026年全球業(yè)務(wù)將達(dá)到156.9億美元?紤]到預(yù)計(jì)它們將成為改變衛(wèi)星業(yè)務(wù)的游戲規(guī)則。
盡管維珍銀河尚未正式公布行星際飛行任務(wù)的價(jià)格,但他們已經(jīng)與有關(guān)方面簽署了合同,包括政府機(jī)構(gòu),知名太空公司,硅谷初創(chuàng)企業(yè)和大學(xué)衍生公司等,其項(xiàng)目從監(jiān)測(cè)氣候變化開(kāi)始將互聯(lián)網(wǎng)引入服務(wù)欠佳的社區(qū)。據(jù)中國(guó)3D打印網(wǎng)了解,他們與波蘭衛(wèi)星制造商SatRevolution和將近十二所波蘭大學(xué)合作設(shè)計(jì)之后,甚至有小型航天器將于2022年進(jìn)入火星的公告。在接下來(lái)的十年中,最多要執(zhí)行三個(gè)機(jī)器人任務(wù)到紅色星球。為了完成這項(xiàng)工作,該公司一直在開(kāi)發(fā)和測(cè)試其LauncherOne小衛(wèi)星火箭,這是一種向軌道空中發(fā)射的火箭,旨在將300公斤(660磅)及以上的小衛(wèi)星有效載荷帶入軌道,然后從高空運(yùn)輸機(jī)上空發(fā)射。去年7月,他們進(jìn)行了墜落測(cè)試,旨在通過(guò)將火箭從撞擊到地面的南加州的飛機(jī)上掉下來(lái),看火箭系統(tǒng)是否表現(xiàn)出預(yù)期。他們?nèi)匀恍枰M(jìn)行測(cè)試,當(dāng)團(tuán)隊(duì)對(duì)火箭的性能感到滿意之后,他們將開(kāi)始向軌道發(fā)射商業(yè)任務(wù)。
LauncherOne火箭
堅(jiān)信尖端技術(shù)的好處的布蘭森(Branson)使用3D打印來(lái)幫助太空品牌制造火箭發(fā)動(dòng)機(jī)零件。去年五月,NASA中心與Virgin Orbit合作開(kāi)發(fā)和測(cè)試了獨(dú)特制造的火箭零件。燃燒和增材制造領(lǐng)域的專家創(chuàng)建了一個(gè)3D打印燃燒室,該燃燒室結(jié)合了多種材料并利用了先進(jìn)的制造工藝。當(dāng)時(shí),Virgin Orbit推進(jìn)技術(shù)高級(jí)制造經(jīng)理Kevin Zagorski說(shuō):“我們采用的多種優(yōu)化材料和增材制造技術(shù)相結(jié)合,代表了在3D打印火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室生產(chǎn)中通常做出的妥協(xié)的重大進(jìn)步。從我們與NASA的合作關(guān)系中獲得的信息將是應(yīng)用這些技術(shù)進(jìn)一步提高Virgin Orbit的LauncherOne推進(jìn)系統(tǒng)成本,性能和交付時(shí)間的關(guān)鍵!
Virgin Orbit在莫哈韋沙漠進(jìn)行的引擎測(cè)試
該公司表示,其共同目標(biāo)是研究利用增材制造制造多金屬燃燒室的技術(shù),該技術(shù)將改變?nèi)祟愒O(shè)計(jì)和制造火箭的方式。燃燒室似乎不僅是所有火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分,而且惡劣的運(yùn)行環(huán)境使其成為最難開(kāi)發(fā)的發(fā)動(dòng)機(jī)零件之一,同時(shí)又使制造時(shí)間短且成本低。在這里,推進(jìn)劑混合并著火,產(chǎn)生難以置信的高壓和高溫,然后在離開(kāi)噴嘴時(shí)加速超過(guò)聲速。
早期,Virgin意識(shí)到,如果他們想飛躍太空,那么他們還需要跟上技術(shù)的發(fā)展,否則他們將沒(méi)有同樣的自由來(lái)發(fā)展自己想要的東西。這完全是布蘭森(Branson)經(jīng)營(yíng)方式的一部分:“您不會(huì)學(xué)會(huì)遵守規(guī)則,不會(huì)邊做邊學(xué),不會(huì)倒下。”而這正是3D打印為蓬勃發(fā)展的航空航天業(yè)提供的:意味著創(chuàng)造思維可以想象的一切,并且機(jī)器可以可持續(xù)地且具有成本效益地制造。
Virgin Orbit混合減法制造機(jī)中內(nèi)置的硬件
為了滿足不斷創(chuàng)新的愿望,Virgin Orbit是美國(guó)第一個(gè)部署DMG MORI的混合AM機(jī)并將其用于3D打印火箭發(fā)動(dòng)機(jī)零件以進(jìn)行太空發(fā)射的客戶。 LASERTEC 4300 3D混合動(dòng)力車正在該公司位于加利福尼亞州長(zhǎng)灘的工廠生產(chǎn)大型零件。該機(jī)器甚至允許新的材料組合,例如銅和鉻鎳鐵合金;以及可容納3306磅工件的超大工作室。
專業(yè)的3D打印機(jī)將激光增材制造技術(shù)集成到了成熟的五軸銑床中,每小時(shí)可打印10磅。該團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是將其用于制造主要系統(tǒng),而不僅僅是螺栓和支架,而是整個(gè)推力室組件。據(jù)該公司稱,這些部件龐大,復(fù)雜且要求很高,因此無(wú)法在傳統(tǒng)的3D打印機(jī)上構(gòu)建,例如,過(guò)去要花費(fèi)一年時(shí)間才能完成的引擎部件現(xiàn)在需要一個(gè)月。
該設(shè)施布置了5枚火箭,另外還有1枚火箭還在工作中,因此該機(jī)器可以全天候工作。它們的應(yīng)用主要是對(duì)運(yùn)載火箭的關(guān)鍵部件進(jìn)行沉積和加工,主要是將Inconel與銅合金結(jié)合使用,這些合金通常在火箭的噴嘴,燃燒室,點(diǎn)火器和歧管中。
Virgin Orbit的混合減法制造機(jī)
此外,英國(guó)航天局(UKSA)剛剛宣布向布蘭森的維珍軌道公司提供950萬(wàn)美元(735萬(wàn)英鎊)的資金,該公司將于2021年底開(kāi)始發(fā)射。這些資金旨在幫助該團(tuán)隊(duì)從一種新的形式飛行其LauncherOne火箭。英國(guó)康沃爾機(jī)場(chǎng)紐基正在開(kāi)發(fā)的太空港。該火箭將在經(jīng)過(guò)改裝的名為“宇宙女孩”的波音747飛機(jī)的機(jī)翼下被帶入天空,然后將其放下并在自己的發(fā)動(dòng)機(jī)下飛行進(jìn)入軌道。
為了在全球范圍內(nèi)加快發(fā)展步伐,去年6月,Virgin Orbit與全日空航空公司(ANA)的母公司全日空控股公司(ANA Holdings)簽署了一項(xiàng)協(xié)議,將LauncherOne服務(wù)帶到日本。維珍軌道公司(Virgin Orbit)建議,其獨(dú)特而靈敏的系統(tǒng)將補(bǔ)充日本現(xiàn)有的地面運(yùn)載火箭,使私營(yíng)部門能夠短期進(jìn)入太空,有助于發(fā)展該國(guó)蓬勃發(fā)展的小型衛(wèi)星生態(tài)系統(tǒng),以及將日本定位為首要的亞洲太空運(yùn)輸中心。
通過(guò)使用結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)改進(jìn)的波音747飛機(jī)作為其“飛行發(fā)射臺(tái)”,該公司獲得了將整個(gè)發(fā)射場(chǎng)快速運(yùn)送到世界各地的能力,從而可以從最佳位置發(fā)射每顆衛(wèi)星。這種移動(dòng)的發(fā)射方法也大大減少了每個(gè)發(fā)射站點(diǎn)的基礎(chǔ)設(shè)施所需的費(fèi)用。
中國(guó)3D打印網(wǎng)點(diǎn)評(píng):維珍航空為所有人開(kāi)放商業(yè)空間并結(jié)合增材制造技術(shù)的想法是火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的未來(lái)。兩級(jí)液體推進(jìn)劑火箭LauncherOne現(xiàn)已完全按計(jì)劃進(jìn)行第一次任務(wù),該任務(wù)原定于2019年底開(kāi)始,并可能于明年開(kāi)始。首次飛行對(duì)公司至關(guān)重要,這將為常規(guī)商業(yè)運(yùn)營(yíng)和更多深空業(yè)務(wù)鋪平道路。
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