美欲借3D打印技術擺脫俄制發(fā)動機依賴

　　據(jù)下一代政府網(wǎng)站10月23日報道，美國防部計劃研發(fā)俄制發(fā)動機RD-180的替代方案。與此同時，美國擠壓研磨公司和航空噴氣·洛克達因公司正在通過3D打印技術建造發(fā)動機，該發(fā)動機可替代RD-180發(fā)動機，用于“宇宙神”-5火箭執(zhí)行軍事發(fā)射任務以及未來NASA載人航天發(fā)射任務。該發(fā)動機大部分部件將使用3D打印技術建造，由于3D打印技術可節(jié)省大量時間和成本，因而能加速RD-180替代方案的研發(fā)進程。

　　俄借限制RD-180火箭發(fā)動機出口對美實施“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)動機，由RD-170系列衍生而來，與RD-170類似，RD-180也是共享渦輪泵。RD-180的使用權已被通用動力公司航天部門取得(后來易手給洛克·馬丁)，上世紀90年代被用來開發(fā)改進型一次性運載火箭(EELV)和阿特拉斯運載火箭。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)動機合作項目。發(fā)動機的全部生產(chǎn)在俄羅斯進行，而負責出售的是發(fā)動機生產(chǎn)商動力機械科研生產(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)動機以煤油和液氧為推進劑，使用高壓分級燃燒循環(huán)。RD-180繼承了先驅(qū)RD-170的富氧預燃室設計，使發(fā)動機效率更高。噴嘴的活動由四個液壓缸支持。RD-180推力3827千牛、比沖3052米/秒。該發(fā)動機由美國聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司引進，用作“宇宙神”-5運載火箭的芯一級發(fā)動機，單價1100-1500萬美元。“宇宙神”-5火箭是美國當前主力運載火箭，與“德爾它”-4火箭同屬美國空軍的改進型一次性運載火箭。二者均由聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司提供，共同承擔著美國政府的重要衛(wèi)星發(fā)射任務。

　　美國聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司曾宣稱，美國進口俄制RD-180發(fā)動機已有15年的歷史，期間從來沒有發(fā)生過供應鏈中斷問題，在世界航天領域被視為國際合作典范。雖然該發(fā)動機性能可靠、價格便宜、供貨穩(wěn)定，但事關美國國家安全的發(fā)射任務卻依賴俄羅斯的發(fā)動機，一直都是美國政府的隱憂。隨著烏克蘭局勢持續(xù)緊張，美國不斷升級制裁措施。俄羅斯也不示弱，一度借威脅禁止俄制RD-180發(fā)動機用于美國航天發(fā)射任務來回擊美國制裁。

　　由美國航天專家組成的一個委員會對于在不使用俄制RD-180發(fā)動機條件下的美國發(fā)射情況進行了展望。委員會發(fā)現(xiàn)，失去俄制RD-180發(fā)動機將會導致31項任務的延遲，損失多達50億美元，另外還會對空軍長期的國家安全發(fā)射合同競爭造成重要影響。鑒于“宇宙神”-5火箭在美國有效載荷發(fā)射任務中的重要地位，以及新型液體火箭發(fā)動機研制一般需要數(shù)年時間，尋找RD-180替代方案成為美國當前的一個緊迫事項。日前，美國空軍發(fā)布信息征詢，邀請美國相關航天企業(yè)共同思考，如何確保美國的衛(wèi)星以及其他重要有效載荷的順利發(fā)射。對此，美國主要的航天企業(yè)積極回應，并提出了發(fā)展新型火箭發(fā)動機技術、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發(fā)RD-180發(fā)動機替代方案

　　第一個解決方案是，由聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司與藍源公司合作研制BE-4液氧/甲烷發(fā)動機。今年9月17日，美國聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司宣布，將為藍源公司的BE-4發(fā)動機研制項目投資(未說明具體金額)，以替代俄制RD-180。據(jù)悉，藍源公司近3年來一直在研制BE-4發(fā)動機，相比其他公司可謂先行一步。BE-4發(fā)動機推力約2446千牛，采用甲烷作為燃料，成本較低。芯一級采用2臺BE-4發(fā)動機的新型“宇宙神”-5火箭有望在2019年首飛。藍源公司表示，選擇甲烷而非煤油作為發(fā)動機的推進劑，是出于成本和可重復使用性的雙重考慮。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)動機更易于翻新和重復使用。藍源公司創(chuàng)始人貝索斯透露，BE-4發(fā)動機將完全由美國設計和制造，利用計算機仿真和增材制造等最新技術。如果研制成功，BE-4不僅可用于“宇宙神”-5火箭，還可用于藍源公司的未來可重復使用軌道運載器，在擺脫對RD-180依賴的同時，還能實現(xiàn)美國運載火箭主發(fā)動機的國產(chǎn)化。可謂一舉兩得。然而，目前兩家公司合作研制甲烷發(fā)動機將面對大量的技術問題。同時，為適應甲烷推進劑，“宇宙神”-5火箭也需要一些適應性改進。