NASA在阿爾忒彌斯登月任務(wù)中使用3D打印部件

2022年11月16日，阿爾忒彌斯一號(hào)火箭在其試飛中發(fā)射升空并載有三個(gè)假人，NASA 的獵戶座飛船部署了四個(gè)跨度約 63 英尺的太陽能電池陣列，正走在通往月球的道路上。經(jīng)歷多年的延誤和數(shù)十億的超支，佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心發(fā)射的阿爾忒彌斯一號(hào)是一系列日益復(fù)雜的任務(wù)中的第一個(gè)，這些任務(wù)將使人類能夠探索月球和火星。

搭載獵戶座太空艙的太空發(fā)射系統(tǒng) (SLS) 月球火箭在幾秒鐘內(nèi)達(dá)到 160 公里/小時(shí)，由洛克希德馬丁公司制造，沖向天空，證明它是世界上最強(qiáng)大的火箭，能夠比任何其他火箭攜帶更多的有效載荷進(jìn)入深空。憑借其前所未有的力量和能力，美國宇航局的阿爾忒彌斯一號(hào)任務(wù)計(jì)劃在月球以外行駛約 40,000 英里，并在 25 天內(nèi)返回地球。

阿波羅的姐姐將重返月球

第一次阿爾忒彌斯任務(wù)在清晨開始，當(dāng)時(shí)火箭的四個(gè)航天飛機(jī)衍生 RS-25 核心級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)（由 Aerojet Rocketdyne 制造和升級(jí)）點(diǎn)燃，幫助大型 SLS 火箭從發(fā)射臺(tái) 39B 升空。四個(gè) RS-25 發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)用于處理一些最極端的溫度，因?yàn)樗鼈円苿?dòng)大量推進(jìn)劑以產(chǎn)生足夠的能量讓火箭擺脫地球引力，它們有許多 3D 打印部件，這些部件協(xié)作將發(fā)動(dòng)機(jī)的整體生產(chǎn)成本降低近35%，同時(shí)保持性能、可靠性和安全性。

Aerojet 總共為 Artemis I 任務(wù)提供了 39 個(gè)推進(jìn)元件（38 個(gè)液體發(fā)動(dòng)機(jī)和一個(gè)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)），以及 14 個(gè)高壓罐。Aerojet 的大部分推進(jìn)系統(tǒng)一直在使用金屬增材制造技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)已成為公司的一部分超過二十年。此外，在激光粉末床融合 (LPBF) 等 3D 打印工藝上投入了時(shí)間和資源，以成功設(shè)計(jì)推進(jìn)系統(tǒng)并將其集成到各種航天器中。

NASA 斯坦尼斯航天中心 A-1 試驗(yàn)臺(tái)內(nèi)的 RS-25 發(fā)動(dòng)機(jī)熱火試驗(yàn)

阿爾忒彌斯和更多3D打印部件

此外，兩個(gè)固體火箭助推器在飛行的前兩分鐘內(nèi)提供了飛行器 75% 以上的推力。與 RS-25 發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，諾斯羅普·格魯曼公司制造的助推器改進(jìn)了航天飛機(jī)項(xiàng)目的傳統(tǒng)部件設(shè)計(jì)，并受益于增材制造，使其與 SLS 軌道運(yùn)載器兼容。

2020 年，諾斯羅普從猶他州海角向肯尼迪航天中心運(yùn)送了 10 個(gè)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)部件。馬達(dá)部分組裝成兩個(gè)固體火箭助推器，昨天進(jìn)入太空。由諾斯羅普北猶他團(tuán)隊(duì)開發(fā)的雙固體火箭助推器以 720 萬磅的強(qiáng)大推力推動(dòng) SLS 飛行器，依靠 3D 打印和計(jì)算機(jī)建模。 這項(xiàng)技術(shù)在企業(yè)中變得越來越普遍。

固體火箭助推器是 SLS 火箭的第一個(gè)堆疊部件，將有助于支撐其余的火箭部件和獵戶座飛船

以傳統(tǒng)為基礎(chǔ)

在核心級(jí)分離和大約 40 分鐘的滑行階段之后，SLS 的臨時(shí)低溫推進(jìn)級(jí) (ICPS) 由 Aerojet Rocketdyne 制造的 RL10B-2 發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，產(chǎn)生 24,750 磅的推力，接管了任務(wù)，執(zhí)行了兩次計(jì)劃燃燒中的第一次 將獵戶座置于地球上方的穩(wěn)定軌道上。

50 多年來，Aerojet 的 RL10 一直是美國首屈一指的上級(jí)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。它被稱為發(fā)射行業(yè)的主力，于 1959 年首次進(jìn)行測(cè)試，并幫助將航天器發(fā)送到我們太陽系中的每個(gè)行星，包括航海者一號(hào)和新視野號(hào)，這是離開地球軌道最快的航天器。RL10B-2 源自最初的 RL10，并結(jié)合了 3D 打印技術(shù)以降低生產(chǎn)成本，同時(shí)享受該技術(shù)的性能和設(shè)計(jì)能力。

NASA 團(tuán)隊(duì)將 NASA SLS 火箭的 ICPS 與 NASA 肯尼迪航天中心大型 SLS 核心級(jí)頂部的運(yùn)載火箭級(jí)適配器 (LVSA) 集成在一起

到達(dá)初始軌道后，獵戶座部署了太陽能電池板，工程師開始對(duì)航天器的系統(tǒng)進(jìn)行檢查。然后，在飛行大約一個(gè)半小時(shí)后，火箭的上級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)成功點(diǎn)火了大約 18 分鐘，為獵戶座提供了將其送出地球軌道并飛向月球所需的巨大推動(dòng)力。

在接下來的幾個(gè)小時(shí)里，CubeSat 上的一系列 10 項(xiàng)小型科學(xué)調(diào)查和技術(shù)演示從連接上級(jí)到航天器的環(huán)展開。每個(gè) CubeSat 都有其任務(wù)，這些任務(wù)有可能填補(bǔ)空間知識(shí)空白或展示可能有利于未來探索月球及更遠(yuǎn)任務(wù)的設(shè)計(jì)的技術(shù)。

獵戶座的服務(wù)艙還將執(zhí)行一系列燃燒中的第一次，以使其在發(fā)射后大約八小時(shí)內(nèi)保持在通往月球的航線上。該太空艙預(yù)計(jì)將于 11 月 21 日飛越月球，在前往遙遠(yuǎn)的逆行軌道（距離月球數(shù)千英里的高度穩(wěn)定的軌道）的途中對(duì)月球表面進(jìn)行比較接近。

2022 年 11 月 16 日，來賓觀看了載有獵戶座飛船的美國宇航局太空發(fā)射系統(tǒng)火箭在阿爾忒彌斯一號(hào)飛行試驗(yàn)中的發(fā)射

“這次成功發(fā)射意味著美國宇航局和我們的合作伙伴正在探索比以往任何時(shí)候都更遠(yuǎn)的太空，以造福人類，”美國宇航局探索系統(tǒng)開發(fā)任務(wù)理事會(huì)副主任吉姆弗里說。

通過阿爾忒彌斯任務(wù)，NASA 將讓第一位女性和第一位有色人種登上月球表面，為長期在月球停留鋪平道路，并作為宇航員前往火星的墊腳石。阿爾忒彌斯的首次發(fā)射標(biāo)志著近十年來最受關(guān)注的太空計(jì)劃之一的開始。如果一切順利，下一個(gè)名為阿爾忒彌斯 II 的火箭發(fā)射任務(wù)將不早于 2024 年發(fā)生，屆時(shí)將搭載四名宇航員繞月飛行。阿爾忒彌斯 III 隨后將執(zhí)行載人登陸任務(wù)。

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