2021年12月7日，穀神星一號商業(ye) 運載火箭於(yu) 酒泉衛星發射中心發射成功，星河動力(北京)空間科技有限公司（下稱“星河動力航天”）成為(wei) 了國內(nei) 首家掌握500km一箭多星商業(ye) 發射能力、首家實現連續發射成功的民營航天企業(ye) ，該公司秉持“固液並舉(ju) ”發展戰略，同步自主研製的中大型重複使用液體(ti) 火箭智神星一號在兩(liang) 個(ge) 月後也傳(chuan) 來好消息——主動力裝置蒼穹50噸級液氧煤油發動機試車圓滿成功，輔助動力係統300N、50N發動機單機地麵熱試車，這標誌著該公司中大型重複使用液體(ti) 運載火箭蓄勢待發。

根據此前的公開信息，我們(men) 已經了解到星河動力公司已經開始使用3D打印技術，這是實現低成本和快速研製的重要因素。近期，3D打印技術參考專(zhuan) 訪了星河動力，公司研發團隊首次向媒體(ti) 介紹了這項技術的應用情況。

星河動力3D打印技術應用概況

星河動力可重複使用中大型液體(ti) 運載火箭“智神星一號”主動力裝置“蒼穹”發動機內(nei) 部的一些殼體(ti) 類零組件的空間結構、葉片類零組件的葉型以及推力室類零組件的流道均較為(wei) 複雜，使用傳(chuan) 統的機加工藝方法難以實現，且加工周期較長、成本較高，3D打印存在明顯的技術和工藝優(you) 勢。借助於(yu) 此，星河動力在該發動機中大量使用3D打印技術：渦輪泵3D打印件重量占比約65%，發生器3D打印件重量占比約75%，主管路90%為(wei) 3D打印件，推力室3D打印部分占比約30%，閥門殼體(ti) 類零件約90%均為(wei) 3D打印製造。

“蒼穹”40噸液氧/煤油發動機

星河動力小型運載火箭“穀神星一號”的四級——“邊界”軌姿控動力係統，其中的集合環以及經進一步改進後的多機集合塊也使用了3D打印技術，從(cong) 而極大簡化了管路接口，優(you) 化了機加過程。

2000N軌控發動機產(chan) 品

在“邊界”係列軌姿控動力係統設計之初就將3D打印方案納入考慮，因為(wei) 動力係統設計原則之一就是低成本、高效能，3D打印與(yu) 動力係統的設計原則需要契合。與(yu) 傳(chuan) 統的設計思路相比，設計師不再一味追求結構簡單、線條單一、易於(yu) 加工的零件形式，而是以性能、強度、重量等為(wei) 主要導向的優(you) 化結構，且要與(yu) 3D打印成型具有良好的匹配性，因此對設計師也提出了更高的要求。通過該路徑製造的產(chan) 品，實現了輕量化、個(ge) 性化、一體(ti) 化、複雜化的總體(ti) 性能提升。

然而，當前大部分設計師的設計經驗主要來自傳(chuan) 統機加，3D打印相比於(yu) 傳(chuan) 統機加在設計上需要額外考慮產(chan) 品型麵、弧度、角度、支撐以及打印方向等問題，初次接觸3D打印的設計師設計的產(chan) 品可能無法直接打印，需要反複幾次，但熟練3D打印產(chan) 品設計基本原則後，則能快速設計出傳(chuan) 統機加難以加工的產(chan) 品構型，與(yu) 仿真軟件相結合能夠設計出質量輕、強度高、性能好的產(chan) 品。

3D打印為(wei) 星河動力火箭發動機製造解決(jue) 了哪些實際問題

3D打印對總裝導管的優(you) 勢在於(yu) 克服了大直徑薄壁管路無法彎曲成型的難題，新工藝使管路變向處的壁厚與(yu) 直管段壁厚一致，保證了裝配的可靠性。3D打印對發動機總裝的另一個(ge) 優(you) 勢是複雜內(nei) 腔的加工，如采用3D打印的控製閥座內(nei) 腔可以設置複雜的通道，減少了使用控製導管帶來的係統複雜性。

渦輪泵的泵輪與(yu) 蝸殼在設計之初，分別進行了簡單型麵的機加方案與(yu) 複雜型麵的3D打印方案設計，後者較前者效率提高約5%。另外，渦輪盤也同樣采取了機加成型與(yu) 3D打印成型兩(liang) 種方案，機加成型需要20～25天，3D打印僅(jin) 需要3～4天，大大縮短了製造周期與(yu) 成本。

渦輪泵零組件

渦輪泵水試件裝配完成圖

軌姿控動力係統的多機集合塊，如果按照傳(chuan) 統方案設計會(hui) 增加大量工藝孔，這些工藝孔在內(nei) 部流道加工完成後需要進行焊接封堵，工藝較為(wei) 複雜，采用3D打印技術能夠一次成型，隻需在對接麵留餘(yu) 量機加到設計公差即可滿足使用要求，提升了加工的便利性，縮短了加工周期。

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軌姿控動力係統試車

大推力液體(ti) 火箭發動機推力室通常采用再生冷卻的方式進行燃燒室熱防護工作，其製造工藝過程都極其細致和複雜，整個(ge) 製造過程通常都長達數月之久，生產(chan) 過程中任何一個(ge) 小小的失誤，都可能導致整個(ge) 推力室的報廢，因此推力室的造價(jia) 也非常高。

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發動機運行動畫

3D打印等增材製造技術使製造廉價(jia) 版再生冷卻推力室成為(wei) 可能，國外航天企業(ye) 和研究機構已經通過3D打印技術對整體(ti) 製造再生冷卻推力室甚至火箭發動機整機進行了驗證性研究。通過對支持多種金屬同時打印的增材製造技術的研究和實施，達到大推力液體(ti) 火箭發動機再生冷卻推力室複雜型腔集成設計和一體(ti) 化製造，大幅縮短推力室製造周期，同時在一定程度上可以降低推力室的製造成本，優(you) 化性能並減重，提高推力室的可靠性和壽命。

END

在大規模使用3D打印技術的過程中，星河動力公司積極與(yu) 3D打印業(ye) 內(nei) 品牌商合作，飛而康、鋼研極光、鉑力特、鑫精合等對零部件的結構優(you) 化以及零件製造均給予了很大幫助，星河動力希望能夠借助這項技術使產(chan) 品更輕、數量更少、強度更高、可靠性更好。未來，在“蒼穹”液氧/煤油火箭發動機、“邊界”軌姿控等複雜係統中，星河動力將更多的采用3D打印技術。