3D打印超音速火箭受熱捧，獲得美英大量國(guó)防訂單，Rocket Lab年入4.3億美元

南極熊導(dǎo)讀：3D打印超音速火箭，正在獲得美英大量國(guó)防項(xiàng)目，金額可高達(dá)上億美元。
3D 打印技術(shù)（即增材制造）在超音速火箭導(dǎo)彈領(lǐng)域的應(yīng)用正在迅速擴(kuò)展，尤其是在需要復(fù)雜幾何形狀、高耐熱性能和快速生產(chǎn)能力的場(chǎng)景中。Rocket Lab 作為全球領(lǐng)先的航天系統(tǒng)和發(fā)射服務(wù)提供商，Rocket Lab 被選中參與美國(guó)空軍 EWAAC 計(jì)劃（價(jià)值 460 億美元）和英國(guó)國(guó)防部 HTCDF 項(xiàng)目（價(jià)值約 13 億美元），以支持超音速技術(shù)的發(fā)展。其創(chuàng)新的高超音速加速亞軌道測(cè)試電子火箭（HASTE）成為核心工具之一。HASTE 是 Electron 火箭的亞軌道版本，具備高頻發(fā)射能力，并優(yōu)化用于超音速任務(wù)。


技術(shù)背景與應(yīng)用
超音速火箭導(dǎo)彈（飛行速度超過(guò) 5 馬赫）面臨極端環(huán)境挑戰(zhàn)，包括高溫、高壓和復(fù)雜的空氣動(dòng)力學(xué)條件。3D 打印技術(shù)通過(guò)逐層構(gòu)建的方式，能夠制造傳統(tǒng)方法難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，從而滿足這些需求。研究表明，3D 打印在以下方面的應(yīng)用尤為突出：


發(fā)動(dòng)機(jī)組件
超音速火箭和導(dǎo)彈的發(fā)動(dòng)機(jī)需要承受極高的溫度和壓力。Rocket Lab 的 Rutherford 發(fā)動(dòng)機(jī)完全通過(guò) 3D 打印制造，包括燃燒室、噴注器、泵和主推進(jìn)閥。這些組件使用激光粉末床融合技術(shù)，能夠承受超音速飛行中的極端高溫和壓力，適合 HASTE 火箭的超音速測(cè)試任務(wù)。

△Rutherford發(fā)動(dòng)機(jī)

例如，陶瓷材料如硅氧碳化物（SiOC）因其耐高溫特性（約 3200 華氏度）被用于超音速發(fā)動(dòng)機(jī)組件，如支柱和火焰保持器。

結(jié)構(gòu)組件
超音速火箭需要輕量化且高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)。Rocket Lab 使用 90 噸級(jí)的自動(dòng)纖維放置（AFP）3D 打印機(jī)制造大型碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是歷史上最大的碳復(fù)合火箭結(jié)構(gòu) 。


快速原型和測(cè)試
3D 打印技術(shù)允許快速生產(chǎn)火箭組件，例如 Rutherford 發(fā)動(dòng)機(jī)的制造時(shí)間僅為 24 小時(shí)，相比傳統(tǒng)方法的數(shù)月時(shí)間大幅提升效率。這加速了超音速技術(shù)的迭代開(kāi)發(fā)和測(cè)試，尤其在高頻次發(fā)射需求下。


支持超音速測(cè)試
Rocket Lab 的 HASTE 火箭不僅自身使用 3D 打印技術(shù)，還支持其他公司的 3D 打印超音速測(cè)試載荷，例如，Hypersonix 的 DART AE 測(cè)試載荷配備了 3D 打印的 SPARTAN 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)（scramjet），并由 Rocket Lab 的 HASTE 火箭發(fā)射。

HASTE 火箭具備更大的有效載荷能力（高達(dá) 700 公斤），能以超過(guò) 7.5 公里/秒的速度部署技術(shù)設(shè)備，用于測(cè)試吸氣式、滑翔式和彈道式載荷，以及從太空返回地球大氣層的技術(shù)

行業(yè)趨勢(shì)與對(duì)比

除了Rocket Lab，其他公司和研究機(jī)構(gòu)也在超音速領(lǐng)域廣泛應(yīng)用3D打�。�

推進(jìn)系統(tǒng)： Aerojet Rocketdyne獲得了2200萬(wàn)美元的合同，通過(guò)3D打印開(kāi)發(fā)高超音速推進(jìn)系統(tǒng)原型，專注于復(fù)雜發(fā)動(dòng)機(jī)部件的制造。


△Aerojet Rocketdyne 的 RL10 火箭發(fā)動(dòng)機(jī)采用 3D 打印銅推力室進(jìn)行測(cè)試


引導(dǎo)和控制系統(tǒng)： Lockheed Martin為其新的Mako高超音速導(dǎo)彈3D打印關(guān)鍵部件，如引導(dǎo)部分和鰭片，生產(chǎn)時(shí)間縮短至傳統(tǒng)方法的十分之一，成本降低至十分之一。

△3D打印Mako 超音速導(dǎo)彈的零件

美國(guó)海軍也在其 Mk 104 固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中使用 3D 打印技術(shù)
△SM-6 missile

材料開(kāi)發(fā)： 亞利桑那大學(xué)工程系使用3D打印開(kāi)發(fā)高超音速導(dǎo)彈部件，專注于能承受高達(dá)1500-1600°C高溫的新材料，海軍研究辦公室資助120萬(wàn)美元進(jìn)行研究。


3D 打印技術(shù)在超音速火箭導(dǎo)彈中的應(yīng)用涵蓋了發(fā)動(dòng)機(jī)組件、結(jié)構(gòu)件制造以及快速原型和測(cè)試的支持。Rocket Lab 通過(guò)其 Rutherford 發(fā)動(dòng)機(jī)和 HASTE 火箭，展示了 3D 打印在超音速測(cè)試中的關(guān)鍵作用，尤其是在美國(guó)和英國(guó)政府項(xiàng)目的背景下。隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，3D 打印有望進(jìn)一步降低成本、縮短開(kāi)發(fā)周期，推動(dòng)超音速技術(shù)的全球競(jìng)爭(zhēng)。

△Electron rocket

南極熊獲悉，2024年，Rocket Lab的收入達(dá)到4.362億美元（約31億人民幣），同比增長(zhǎng)78%；僅第四季度就貢獻(xiàn)了1.324億美元的收入，同比增幅高達(dá)121%。盡管全年凈虧損仍達(dá)1.902億美元，但公司持續(xù)在研發(fā)、航天器平臺(tái)和基礎(chǔ)設(shè)施方面投入巨資，顯示出對(duì)未來(lái)增長(zhǎng)的信心。Electron火箭全年成功執(zhí)行了16次任務(wù)，成為美國(guó)發(fā)射頻率第二高的軌道火箭，僅次于SpaceX。