美国私营航空航天公司Launcher在NASA斯坦尼斯航天中心对其3D打印的E-2火箭发动机的测试中达到了一个新的里程碑。Launcher公司于8月成功完成了推力室组件的热火测试，这是继今年早些时候其E-2火箭发动机在斯坦尼斯取得一连串的测试成就之后又一项成绩。发射公司还从3D打印机OEM厂商VELO3D购买了第二套能够打印钛的蓝宝石3D打印系统，它将利用该系统开始打印发动机的轨道器压力容器。
发射公司的首席工程师Andre Ivankovic说："有机会与斯坦尼斯的世界级团队和设施合作，使我们能够在E-2的开发中实现重大的里程碑。斯坦尼斯团队努力满足我们的测试需求，该设施可以为我们提供大量的高压气体和推进剂，以及数据采集系统。这些能力对于我们在成为商业租户的第一年内实现多次测试活动至关重要。"
△在美国宇航局斯坦尼斯太空中心的E测试大楼，Launcher对其3D打印的Engine-2火箭发动机进行了热火测试。照片来自Launcher/John Kraus摄影
用3D打印技术优化火箭发动机
Launcher公司成立于2017年，目标是创造高效、最佳成本的火箭，能够将小型卫星送入太空。在2019年收到一份150万美元的太空部队合同后，该公司开始开发3D打印部件，以升级其E-2发动机的性能。E-2发动机被设计为在海平面产生22,000磅的推力，使用RP-1（一种高纯精炼的煤油）和液氧作为推进剂。该发动机将为该公司的"轻型Launcher"提供动力，该Launcher在2024年首次发射时将能够向低地球轨道（LEO）运送多达330磅的有效载荷。迄今为止，在打印的部件中，有一个火箭燃烧室，据说是同类产品中最大的部件，高860毫米，并且是单件3D打印。据发射公司称，该燃烧室将产生最大的推力，产生最低的推进剂消耗，并提供小型卫星Launcher级别中较低的每磅推力成本。
发射公司的E-2发动机是用高性能铜合金3D打印的，设计成需要更少的推进剂才能进入轨道。该公司希望这将使每枚火箭能够运送更多的卫星货物，从而使它能够提供比其竞争对手更低的价格。
△Launcher的AMCM-3D打印燃烧室。照片来自AMCM
与斯坦尼斯的测试
斯坦尼斯航天中心是美国领先的火箭推进测试设施，配备了专门的基础设施、低温推进剂和高压气体设施和实验室。该中心还向其商业客户、政府合作伙伴和学术界提供先进的数据收集技术。Launcher公司决定在斯坦尼斯测试其3D打印火箭发动机，因为它在测试全尺寸火箭发动机和部件方面具有专业性和灵活性。发射公司创始人兼首席执行官Max Haot说："当我们在自己的试验场从1000磅推力的液体火箭发动机测试扩展到22000磅推力的发动机时，我们与NASA斯坦尼斯分校合作，因为我们可以利用惊人的低成本和令人难以置信的设施。一开始，我们想知道政府组织是否能够相信我们的创业速度和工作能力。从那时起，我们对与美国国家航空航天局团队合作的伟大和轻松感到震惊，以至于我们把斯坦尼斯E综合体称为火箭发动机测试的天堂。"
8月下旬，发射公司在斯坦尼斯成功完成了火箭发动机推力室组件的5秒热火测试，这是在该场地取得的一系列测试成果。早在2020年10月，该公司对其E-2发动机喷油器和燃烧室进行了首次全面试射，随后又对其与Velo3D合作打印的3D打印液氧（LOX）涡轮泵进行了一系列测试。
在接下来的几周里，发射公司计划对其推力室组件进行更长时间的测试。该公司计划在明年年中对其与3D打印涡轮泵集成的E-2发动机进行全持续的全面测试。负责监督Launcher测试伙伴关系的NASA高级项目工程师David Skip Roberts说："有时有一种误解，认为与政府合作是昂贵的。然而，通过选择在斯坦尼斯测试，像Launcher这样的商业租户可以减少测试风险，加快他们的开发过程，并产生成本节约。Launcher决定来斯坦尼斯的主要原因之一是我们的测试基础设施和高压气体设施提供所需推进剂和气体的能力。"
△Launcher的3D打印涡轮泵组件。照片来自Launcher。
扩大与Velo3D的合作关系
今年5月初，发射公司首次与Velo3D合作，优化其E-2火箭发动机内一个性能关键的遗产LOX涡轮泵组件的设计。涡轮泵的关键部件使用Velo3D蓝宝石3D打印系统进行3D打印，包括用铬镍铁合金打印的泵出口外壳和用铝打印的LOX泵进口外壳。涡轮泵的性能在4月份的一系列测试中在斯坦尼斯进行了评估，包括液氮冷流测试，由总共7次测试组成，持续211.2秒，以及液氧冷流测试，包括8次测试，总共162.6秒。
在测试成功后，Launcher现在正通过购买第二套能够打印钛的Sapphire金属AM系统来扩大与Velo3D的合作。合作伙伴将共同合作，3D打印发射台E-2发动机的燃料泵和涡轮外壳部分，第二台蓝宝石机器将用于3D打印发动机的轨道器压力容器。
Haot说补充说："Velo3D在我们的涡轮泵上真正实现了，包括其3D打印的旋转叶轮，所有这些都在第一次使用第一台原型机时，以30000转/分的速度完美运作。火箭发动机涡轮泵部件通常需要铸造、锻造和焊接。这些工艺所需的工具增加了开发成本，降低了设计迭代之间的灵活性。由于velo3d的技术能够3D打印我们的涡轮泵，包括旋转的铬镍铁合金护罩叶轮，使得现在能够以较低的成本和通过每个原型之间的迭代增加创新。"
△Launcher的轨道器推进剂箱是使用其第一台Velo3D蓝宝石打印机用铬镍铁合金打印出来的。照片来自Velo3D。