3D打印护航神舟十九号,长二F火箭发动机背后的秘密 

3D打印应用 /[航天]
2024-10-31 15:48
“70”“80”“90”后齐聚天宫,第五次太空会师!
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10月30日,搭载神舟十九号载人飞船的长征二号F遥十九运载火箭在酒泉卫星发射中心成功点火发射。约10分钟后,神舟十九号载人飞船顺利与火箭分离,进入预定轨道。随后,3名航天员成功进驻中国空间站,与神舟十八号的3名航天员会师,标志着此次发射任务圆满成功。
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据了解,此次发射任务所使用的长征二号F火箭是我国目前唯一的载人运载火箭,享有“神箭”之称,为我国载人航天任务提供了专属的“航天员列车”。长征二号F火箭在搭载载人飞船时,全长58.3米,起飞重量达497吨。而火箭的发动机被称为“心脏”,其动能越大、推力越强,就能将重型火箭送入更高的轨道,支持更远的太空探索任务。
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中国航天科技集团六院(以下简称“航天六院”)在此次载人航天任务中研制交付了共58台主推进及姿轨控发动机,以及热控分系统及生命保障系统泵阀等关键设备的研制,并为返回舱和推进舱配套了推进子系统。

据报道,航天六院旗下的西安航天发动机有限公司(简称“西发公司”)生产了该火箭所需的芯一级发动机、二级发动机及助推器发动机,并采用3D打印技术制造相关零部件,实现了发动机在可靠性和效率上的双重提升。
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西发公司是我国唯一的大型液体火箭发动机研制生产单位,曾与西北工业大学和华中科技大学共同成立了创新联合实验室,并于2017年正式成立增材制造中心。公司在2021年筹资建设了增材制造中心的产业化基地,占地面积约9000平方米,配备了超过100台增材制造设备

目前,该基地已具备钛合金、高温合金、航天专用高强不锈钢等5类合金、29种材料的增材制造能力,突破了多孔点阵结构设计与制造、微细结构精密增材制造、激光熔化沉积高性能修复等20余项关键技术,建立了从设计、材料、成形、后处理到检测评价的全流程技术体系。
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截至目前,该基地在实现了复杂三元闭式叶轮、薄壁再生冷却流道构建、喷注器、复杂壳体、异形管通等50多型发动机上500余种产品的增材制造,其中,150多种产品已经装机试验并通过热试车考核,50多种产品先后应用于载人航天、火星探测、北斗导航等80余次宇航发射和飞行试验任务。

事实上,3D打印已成为商业航天中不可或缺的关键技术。根据中航证券发布的最新研报,预计2025-2030年间,国内商业航天领域的增材制造市场规模将达到约105至240亿元。这也预示着,3D打印在航天领域的应用前景广阔,将在未来为商业航天发展提供更强有力的技术支持。
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据资源库了解,除了航天六院这样的国家级航空航天机构在使用3D打印技术外,国内的多家商业航天公司也在广泛应用这项技术。这些公司包括天兵科技、蓝箭航天、星际荣耀、深蓝航天、星河动力等。例如,星河动力的“苍穹”系列火箭发动机中采用了30多个金属3D打印部件,其中包括涡轮泵和液氧/煤油主阀外壳等关键部件。天兵科技的天龙三号液体运载火箭,其发动机的推力室和涡轮盘热力组件则使用不锈钢3D打印制造。蓝箭航天的朱雀二号和朱雀三号火箭均配备了3D打印的不锈钢和高温合金零件。而星际荣耀的双曲线二号验证火箭中,关键部件如三通和喷注器也通过3D打印技术完成制造。
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在国外,SpaceX近期推出的猛禽3发动机,据马斯克介绍,采用了全球“最先进的金属3D打印技术”,其中包括涡轮泵外壳和喷油器板等关键部件,均通过3D打印技术制造完成。

展望2025年,中国载人航天工程计划实施神舟二十号、神舟二十一号和天舟九号3次飞行任务。可以预见,随着技术的进步和市场需求的增加,3D打印技术将在航空航天领域获得越来越广泛的应用,我们也将见证这一技术在航天项目中走向成熟。
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