Pangea和Aenium将NASA合金材料用于3D打印火箭发动机

西班牙初创公司Pangea Aerospace和Aenium Engineering将拥有在欧洲开发和工业化先进3D打印推进系统的独家能力，该系统由NASA创建的名为GRCop-42的创新铜合金材料制成。通过此次合作，Pangea将在2021年第3季度测试其首款基于GRCop-42的Aerospike火箭发动机，由于其更高的效率、可重复使用性、极低的成本和快速制造，预计将彻底改变火箭推进方式。

■用于火箭的Aerospike推进器。图片由Pangea Aerospace提供

历史上已经开发了几种Aerospike发动机，但都没有飞行过。与传统的火箭发动机不同，它的特点是钟形喷嘴可以压缩膨胀的气体，基本的Aerospike形状是钟形内外翻转的形状。那么，为什么火箭上不使用Aerospike发动机呢？这主要是由于历史上与Aerospike喷嘴相关的工程困难：冷却、重量和制造成本。然而，今天的3D打印技术和新材料，如GRCop-42，增加了以很少的成本和时间构建功能性和经济上可行的Aerospike发动机的可能性。

事实上，根据Pangea首席执行官Adrià Argemi的说法，GRCop-42合金是使该公司能够解决Aerospike火箭发动机喷嘴热挑战的关键解决方案之一。该材料最初于2019年由NASA研究人员团队开发，作为粉末床融合打印的原料，在恶劣环境中表现出卓越的热机械性能。NASA已经使用金属粉末来生产和测试接近完全致密的3D打印部件，例如燃烧室衬里和燃料喷射器面板。

通过集成增材制造 (AM)、复杂的后处理和GRCop-42，Pangea和Aenium现在可以为欧洲航空航天市场开发和商业化推进系统，让不断增长的航天工业中的更多初创公司获得先进的推进解决方案。他们共同设计了一种可3D打印的Aerospike火箭发动机喷嘴，该发动机的效率应该比传统生产的发动机高15%，从而可以显著增加任何运载火箭的有效载荷。此外，由于3D打印的固有优势，Aerospike发动机推进系统可以仅由2件增材制造的零部件组成，成本仅为其中的一小部分，并且可以重复使用至少10次。

■Aenium Engineering为火箭发动机3D打印基于GRCop-42的Aerospike发动机喷嘴。图片由Aenium Engineering提供

Pangea目前正在制造DemoP1，这是一种液氧和甲烷气顶发动机演示器，旨在表征和验证未来Aerospike发动机发展的几项关键使能技术，包括使用甲烷作为燃料，其制造方法与双再生冷却系统Aenium一起开发，以及可重用性所需的设计。一旦投入使用，该公司希望其基于Aerospike发动机几何结构的太空推进系统将成为小型卫星、深空任务和着陆器的理想选择。

得益于此次合作，Pangea已经开始对其更大的、可商用的Aerospike发动机及其子系统进行初步设计。这家初创公司位于巴塞罗那，旨在彻底改变现代太空发射系统的现行标准。首先，通过3D打印开发高效和现代的火箭发动机，以应对不断发展的太空生态系统的挑战。未来，这家初创公司计划使用相同的技术开发可重复使用的微型发射器，设计用于承载高达350公斤有效载荷的小型商业或实验卫星。它的第一个设计是Meso火箭，它将使用一个Aerospike发动机和一个新颖的、获得专利的回收系统来安全着陆以重新使用第一级。

与数百家致力于推动离地体验的初创公司中一样，Pangea仍在开发其产品。现阶段竞争激烈，很多公司都在追求小型运载火箭、卫星和火箭发动机。为下一代运载火箭创造技术的商业竞赛导致许多企业利用3D打印来构建复杂的零件，否则传统制造很难做到这一点。通过与Aenium的AM专家合作，Pangea希望为欧洲航空航天业打开大门，让他们更快、更便宜地获取尖端材料。

■Pangea Aerospace与Aenium签署协议。图片由Pangea Aerospace和Aenium提供

Aenium首席信息官Miguel Ampudia表示：“该联盟将推动下一代可重复使用的火箭发动机，也为欧盟市场带来机会，通过最具创新性的材料科学和合格的工业增材制造来改进其燃烧设备。”

两家公司正式签署的协议确保了在设计复杂燃烧装置方面的突破，并推动对迄今为止未经处理的不同类型的先进高温合金进行分析，以用于航天领域最苛刻的应用。