美欲借3D打印技術(shù)擺脫俄制發(fā)動(dòng)機(jī)依賴

　　據(jù)下一代政府網(wǎng)站10月23日?qǐng)?bào)道，美國(guó)防部計(jì)劃研發(fā)俄制發(fā)動(dòng)機(jī)RD-180的替代方案。與此同時(shí)，美國(guó)擠壓研磨公司和航空噴氣·洛克達(dá)因公司正在通過(guò)3D打印技術(shù)建造發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)可替代RD-180發(fā)動(dòng)機(jī)，用于“宇宙神”-5火箭執(zhí)行軍事發(fā)射任務(wù)以及未來(lái)NASA載人航天發(fā)射任務(wù)。該發(fā)動(dòng)機(jī)大部分部件將使用3D打印技術(shù)建造，由于3D打印技術(shù)可節(jié)省大量時(shí)間和成本，因而能加速RD-180替代方案的研發(fā)進(jìn)程。

　　俄借限制RD-180火箭發(fā)動(dòng)機(jī)出口對(duì)美實(shí)施“以牙還牙”式制裁

　　RD-180是俄羅斯的一款雙燃燒室雙噴嘴的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，由RD-170系列衍生而來(lái)，與RD-170類似，RD-180也是共享渦輪泵。RD-180的使用權(quán)已被通用動(dòng)力公司航天部門取得(后來(lái)易手給洛克·馬丁)，上世紀(jì)90年代被用來(lái)開(kāi)發(fā)改進(jìn)型一次性運(yùn)載火箭(EELV)和阿特拉斯運(yùn)載火箭。考慮到這些火箭既要滿足軍用，又要用于商業(yè)發(fā)射，因此普惠公司也加入發(fā)動(dòng)機(jī)合作項(xiàng)目。發(fā)動(dòng)機(jī)的全部生產(chǎn)在俄羅斯進(jìn)行，而負(fù)責(zé)出售的是發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)商動(dòng)力機(jī)械科研生產(chǎn)聯(lián)合體和普惠公司組成的合資公司。

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　　RD-180火箭發(fā)動(dòng)機(jī)以煤油和液氧為推進(jìn)劑，使用高壓分級(jí)燃燒循環(huán)。RD-180繼承了先驅(qū)RD-170的富氧預(yù)燃室設(shè)計(jì)，使發(fā)動(dòng)機(jī)效率更高。噴嘴的活動(dòng)由四個(gè)液壓缸支持。RD-180推力3827千牛、比沖3052米/秒。該發(fā)動(dòng)機(jī)由美國(guó)聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司引進(jìn)，用作“宇宙神”-5運(yùn)載火箭的芯一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)，單價(jià)1100-1500萬(wàn)美元?！坝钪嫔瘛?5火箭是美國(guó)當(dāng)前主力運(yùn)載火箭，與“德?tīng)査?4火箭同屬美國(guó)空軍的改進(jìn)型一次性運(yùn)載火箭。二者均由聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司提供，共同承擔(dān)著美國(guó)政府的重要衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)。

　　美國(guó)聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司曾宣稱，美國(guó)進(jìn)口俄制RD-180發(fā)動(dòng)機(jī)已有15年的歷史，期間從來(lái)沒(méi)有發(fā)生過(guò)供應(yīng)鏈中斷問(wèn)題，在世界航天領(lǐng)域被視為國(guó)際合作典范。雖然該發(fā)動(dòng)機(jī)性能可靠、價(jià)格便宜、供貨穩(wěn)定，但事關(guān)美國(guó)國(guó)家安全的發(fā)射任務(wù)卻依賴俄羅斯的發(fā)動(dòng)機(jī)，一直都是美國(guó)政府的隱憂。隨著烏克蘭局勢(shì)持續(xù)緊張，美國(guó)不斷升級(jí)制裁措施。俄羅斯也不示弱，一度借威脅禁止俄制RD-180發(fā)動(dòng)機(jī)用于美國(guó)航天發(fā)射任務(wù)來(lái)回?fù)裘绹?guó)制裁。

　　由美國(guó)航天專家組成的一個(gè)委員會(huì)對(duì)于在不使用俄制RD-180發(fā)動(dòng)機(jī)條件下的美國(guó)發(fā)射情況進(jìn)行了展望。委員會(huì)發(fā)現(xiàn)，失去俄制RD-180發(fā)動(dòng)機(jī)將會(huì)導(dǎo)致31項(xiàng)任務(wù)的延遲，損失多達(dá)50億美元，另外還會(huì)對(duì)空軍長(zhǎng)期的國(guó)家安全發(fā)射合同競(jìng)爭(zhēng)造成重要影響。鑒于“宇宙神”-5火箭在美國(guó)有效載荷發(fā)射任務(wù)中的重要地位，以及新型液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)研制一般需要數(shù)年時(shí)間，尋找RD-180替代方案成為美國(guó)當(dāng)前的一個(gè)緊迫事項(xiàng)。日前，美國(guó)空軍發(fā)布信息征詢，邀請(qǐng)美國(guó)相關(guān)航天企業(yè)共同思考，如何確保美國(guó)的衛(wèi)星以及其他重要有效載荷的順利發(fā)射。對(duì)此，美國(guó)主要的航天企業(yè)積極回應(yīng)，并提出了發(fā)展新型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)、研制新型火箭等多種解決方案。

　　美為擺脫受制于人的局面全力開(kāi)發(fā)RD-180發(fā)動(dòng)機(jī)替代方案

　　第一個(gè)解決方案是，由聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司與藍(lán)源公司合作研制BE-4液氧/甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)。今年9月17日，美國(guó)聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司宣布，將為藍(lán)源公司的BE-4發(fā)動(dòng)機(jī)研制項(xiàng)目投資(未說(shuō)明具體金額)，以替代俄制RD-180。據(jù)悉，藍(lán)源公司近3年來(lái)一直在研制BE-4發(fā)動(dòng)機(jī)，相比其他公司可謂先行一步。BE-4發(fā)動(dòng)機(jī)推力約2446千牛，采用甲烷作為燃料，成本較低。芯一級(jí)采用2臺(tái)BE-4發(fā)動(dòng)機(jī)的新型“宇宙神”-5火箭有望在2019年首飛。藍(lán)源公司表示，選擇甲烷而非煤油作為發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)劑，是出于成本和可重復(fù)使用性的雙重考慮。甲烷也就是液化天然氣，比航天專用煤油便宜，燃燒殘余物更少，這使得發(fā)動(dòng)機(jī)更易于翻新和重復(fù)使用。藍(lán)源公司創(chuàng)始人貝索斯透露，BE-4發(fā)動(dòng)機(jī)將完全由美國(guó)設(shè)計(jì)和制造，利用計(jì)算機(jī)仿真和增材制造等最新技術(shù)。如果研制成功，BE-4不僅可用于“宇宙神”-5火箭，還可用于藍(lán)源公司的未來(lái)可重復(fù)使用軌道運(yùn)載器，在擺脫對(duì)RD-180依賴的同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)美國(guó)運(yùn)載火箭主發(fā)動(dòng)機(jī)的國(guó)產(chǎn)化?？芍^一舉兩得。然而，目前兩家公司合作研制甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)將面對(duì)大量的技術(shù)問(wèn)題。同時(shí)，為適應(yīng)甲烷推進(jìn)劑，“宇宙神”-5火箭也需要一些適應(yīng)性改進(jìn)。