導(dǎo)讀:3D打印已經(jīng)成為航空航天領(lǐng)域不可或缺的重要制造方式。中國航天科技集團(tuán)表示,通過3D打印技術(shù),火箭發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的生產(chǎn)效率實(shí)現(xiàn)了顯著飛躍:超過60%的零部件通過3D打印制造,合格率從30%提升至95%,生產(chǎn)時(shí)間從50小時(shí)縮短至10小時(shí)。
2024年7月24日,據(jù)資源庫了解,6月25日14時(shí)7分,嫦娥六號攜帶月球背面樣品成功返回地球,歷時(shí)53天、38萬公里的太空往返之旅,創(chuàng)造了中國航天新的世界紀(jì)錄。
嫦娥六號任務(wù)歷經(jīng)發(fā)射、地月轉(zhuǎn)移、落月、上升、交會(huì)對接以及返回等多個(gè)階段。在這次任務(wù)中,超過一百臺航天發(fā)動(dòng)機(jī)共同接力,為嫦娥六號提供了強(qiáng)大的動(dòng)力支持。近日,中國航天科技集團(tuán)在接受央視采訪時(shí)透露了這些關(guān)鍵發(fā)動(dòng)機(jī)和背后的技術(shù)突破,讓我們一起來梳理一下。
發(fā)射及探測:多種發(fā)動(dòng)機(jī)的高效協(xié)作
5月3日,嫦娥六號在長征五號火箭的助力下成功發(fā)射。在進(jìn)入太空的2200多秒時(shí)間里,長征五號火箭上的30臺發(fā)動(dòng)機(jī)齊心協(xié)力,將嫦娥六號送上了地月轉(zhuǎn)移軌道。這一階段,火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的強(qiáng)勁動(dòng)力至關(guān)重要,確保了探測器順利進(jìn)入預(yù)定軌道。
進(jìn)入預(yù)定軌道后,嫦娥六號的動(dòng)力主要依靠自身攜帶的77臺發(fā)動(dòng)機(jī)。這次任務(wù)非常復(fù)雜,既要完成落月探測,又要進(jìn)行采樣返回。嫦娥六號配備了7500牛變推力發(fā)動(dòng)機(jī)、3000牛發(fā)動(dòng)機(jī),以及150牛、25牛、10牛等多種類型的發(fā)動(dòng)機(jī),它們在姿態(tài)控制、交會(huì)對接等過程中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。
3D打印一體化成型:高效節(jié)材,性能卓越
在探月任務(wù)背后,3D打印技術(shù)為火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的制造帶來了革命性的變化。在生產(chǎn)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的廠房內(nèi),所有零部件都采用3D打印技術(shù)制造。過去人工至少需要50小時(shí)才能制造的一個(gè)零件,現(xiàn)在通過3D打印只需要10個(gè)小時(shí)。
廠房內(nèi),近百臺金屬3D打印機(jī)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)圖紙晝夜不停地生產(chǎn)。從這里出廠的零部件用于組裝火箭發(fā)動(dòng)機(jī),通過3D打印技術(shù),使發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)周期更短、制造工序更簡單、可靠性更高,并且還能節(jié)省大量的原材料。
中國航天科技集團(tuán)的周亞雄表示,3D打印技術(shù)讓發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件能夠?qū)崿F(xiàn)集成化設(shè)計(jì)和一體化成型?;鸺l(fā)動(dòng)機(jī)需要在高壓、高溫等極端條件下工作,因此其零部件不僅要承壓,還要保證力學(xué)性能。3D打印技術(shù)能夠滿足這些苛刻的要求,顯著提升了零部件的性能。
讓火箭發(fā)動(dòng)機(jī)從“工藝品”到“工業(yè)品”
據(jù)了解,新研制的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中,60%以上的零部件都可以通過3D打印生產(chǎn)。這使得發(fā)動(dòng)機(jī)的研制效率大幅提高。過去,發(fā)動(dòng)機(jī)的許多零部件幾乎都是人工制造的孤品,而現(xiàn)在,通過3D打印和數(shù)字化技術(shù)的結(jié)合,火箭發(fā)動(dòng)機(jī)從“工藝品”逐漸轉(zhuǎn)型為“工業(yè)品”。
中國航天科技集團(tuán)的張鵬提到,早期鑄造工藝的合格率受限于技術(shù)水平,僅能達(dá)到30%左右。而通過3D打印技術(shù)的研發(fā)和突破,零部件的合格率現(xiàn)在能達(dá)到95%以上。中國航天科技集團(tuán)的李斌補(bǔ)充道,火箭發(fā)動(dòng)機(jī)作為核心關(guān)鍵技術(shù)的代表,推動(dòng)了相關(guān)工業(yè)技術(shù)水平的提升。火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的需求以及配套的材料、制造工藝和設(shè)備的水平也在不斷提高。這種相輔相成的關(guān)系,促進(jìn)了整體研制水平的顯著提升。
據(jù)資源庫了解,中國探月工程四期于2021年12月獲批實(shí)施,由嫦娥四號、嫦娥六號、嫦娥七號和嫦娥八號4次任務(wù)組成。據(jù)國家航天局方面透露,預(yù)計(jì)在2035年之前,我國將會(huì)在月球表面上,建造一個(gè)永久性的綜合型月球基地。
而值得一提的是,通過3D打印在月球上建造房屋,目前國內(nèi)已經(jīng)有了一個(gè)相對成熟的解決方案。此前,華中科技大學(xué)成功制備出國內(nèi)首個(gè)模擬月壤真空燒結(jié)打印樣品,并進(jìn)一步設(shè)計(jì)了名為“月壺尊”的月面基地建筑物。隨著探月工程的持續(xù)推進(jìn),我們將會(huì)看到更多3D打印技術(shù)在這一領(lǐng)域的應(yīng)用,推動(dòng)月球基地建設(shè)的實(shí)現(xiàn)。
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