NASA阿忒弥斯登月任务启动,火箭携带3D打印部件发射升空-金属3D打印工厂

NASA阿忒弥斯登月任务启动,火箭携带3D打印部件发射升空-金属3D打印工厂插图

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     在2022年11月16日星期三早些时候,在阿忒弥斯(Artemis)一号火箭带着三个假人试飞后,美国宇航局的“猎户座”飞船部署了四个跨度约为63英尺的太阳能电池阵列,走上了通往月球的道路。经过多年的拖延和数十亿的成本超支,从佛罗里达州肯尼迪航天中心发射的Artemis I是一系列日益复杂的任务中的第一个,这些任务将使人类探索月球和火星成为可能。    洛克希德-马丁公司制造的太空发射系统(SLS)登月火箭在几秒钟内就达到了160公里/小时,携带猎户座太空舱翱翔天空,证明它是世界上最强大的火箭,能够比其他任何飞行器携带更多有效载荷到深空。凭借其前所未有的动力和能力,美国宇航局的阿忒弥斯一号任务计划在月球以外的地方行驶大约4万英里,在25天内返回地球。

NASA阿忒弥斯登月任务启动,火箭携带3D打印部件发射升空

△2020年,在美国宇航局佛罗里达州肯尼迪航天中心的猎户座飞船上为阿特米斯一号完成安装后,保护罩已被放置在两个太阳能电池阵列翼上。图片来源:NASA/Frank Michaux

继阿波罗计划后的重返月球计划

     当火箭的四个源自航天飞机的RS-25核心级发动机(由Aerojet Rocketdyne公司制造和升级)点燃,帮助巨大的SLS火箭从39B发射台升空时,第一次Artemis任务开始了。这四台RS-25发动机设计用于处理一些最极端的温度,因为它们移动大量的推进剂以产生足够的能量使火箭摆脱地球引力,这四台发动机有许多3D打印部件,在保持性能、可靠性和安全性的同时,合作将发动机的整体生产成本减少了近35%。

航空喷气公司总共为阿特米斯一号任务提供了39个推进元件(38个液体发动机和一个固体火箭发动机),以及14个高压罐。对于大部分推进装置,Aerojet公司一直在使用金属增材制造技术,这项技术已经成为公司的一部分,已有二十多年的历史。此外,时间和资源都投入到3D打印工艺中,如激光粉末床熔融(LPBF),以成功设计并将推进系统集成到各种航天器中。

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从美国宇航局斯坦尼斯航天中心的A-1试验台内进行的RS-25发动机热火试验。图片由Aerojet Rocketdyne公司提供。

Artemis和更多的3D打印部件

此外,两个固体火箭助推器在飞行的前两分钟提供了超过75%的飞行器推力。与RS-25发动机一样,由诺斯罗普-格鲁曼公司制造的助推器是由航天飞机项目的遗产部件设计修改而成,并受益于增材制造,使其与SLS轨道载体兼容。

2020年,诺斯罗普公司从犹他州的普罗蒙托里向肯尼迪航天中心运送了十个火箭发动机段。这些发动机段被组装成两个固体火箭助推器,昨天进入太空。由诺斯罗普公司的北犹他州团队开发,以720万磅的强大推力推动SLS飞船的双固体火箭助推器依靠的是3D打印和计算机建模,这项技术在企业中正变得越来越普遍。

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固体火箭助推器是SLS火箭的首批堆叠部件,将有助于支持其余的火箭部件和猎户座飞船。图片来源:NASA/KimShiflett

立足传统,重启征程

在核心级分离和大约40分钟的海岸阶段之后,SLS的临时低温推进级(ICPS),由AerojetRocketdyne公司制造的RL10B-2发动机提供动力,产生24,750磅的推力,接管了工作,执行计划中两次燃烧中的第一次,将猎户座送入地球上空的稳定轨道。

50多年来,航空喷气公司的RL10一直是美国最重要的火箭末级发动机。它被称为发射业的主力,于1959年首次测试,并帮助将航天器送往太阳系的每一个星球,包括旅行者1号和新视野号,这是离开地球轨道最快的航天器。RL10B-2源自最初的RL10,并采用了3D打印技术,以降低生产成本,同时也享有该技术的性能和设计能力。

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在NASA肯尼迪航天中心,NASA团队将NASA的SLS火箭的ICPS与巨大的SLS核心级上面的运载火箭级适配器(LVSA)进行整合。图片来源:NASA/Kim Shiflett

到达初始轨道后,猎户座部署了它的太阳能电池板,工程师开始对航天器的系统进行检查。然后,在飞行约一个半小时后,火箭的末级发动机成功发射了约18分钟,为猎户座提供了所需的巨大推动力,将其送出地球轨道并推向月球。

在接下来的几个小时里,一系列10个小型科学调查和技术演示搭载在CubeSat上,从连接上级和航天器的圆环上展开。每个CubeSat都有其任务,有可能填补空间知识的空白,或展示可能有利于未来探索月球和其他地方的任务设计的技术。

猎户座的服务舱也将在发射后约8小时内进行一系列燃烧中的第一次燃烧,以保持其朝向月球的路线。预计该舱将于11月21日飞过月球,在前往遥远的逆行轨道的途中对月球表面进行比较接近,这是一个高度稳定的轨道,超出月球数千英里。

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△2022年11月16日,群众们观看美国宇航局的太空发射系统火箭搭载猎户座飞船进行阿特米斯一号飞行测试的发射。图片来源:NASA/Bill Ingalls

    美国宇航局负责探索系统开发任务局的副副局长吉姆-弗里德说:”这次成功的发射意味着美国宇航局和我们的合作伙伴正走在一条为了人类的利益而比以往更远地探索太空的道路上。”

   通过Artemis任务,美国宇航局将让第一位女性和第一位有色人种登陆月球表面,为月球的长期存在铺平道路,并成为宇航员前往火星的基石。第一次Artemis发射标志着本十年来最受关注的太空项目之一的开始。如果一切顺利,下一次火箭发射任务,即所谓的Artemis II,将不早于2024年发生,并将携带四名宇航员绕月飞行。Artemis三号将在随后进行载人登陆任务。

(责任编辑:admin)

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