美欲借3D打印技術(shù)擺脫俄制發(fā)動(dòng)機依賴(lài)

　　據下一代政府網(wǎng)站10月23日報道，美國防部計劃研發(fā)俄制發(fā)動(dòng)機RD-180的替代方案。與此同時(shí)，美國擠壓研磨公司和航空噴氣·洛克達因公司正在通過(guò)3D打印技術(shù)建造發(fā)動(dòng)機，該發(fā)動(dòng)機可替代RD-180發(fā)動(dòng)機，用于“宇宙神”-5火箭執行軍事發(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)機出口對美實(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，由RD-170系列衍生而來(lái)，與RD-170類(lèi)似，RD-180也是共享渦輪泵。RD-180的使用權已被通用動(dòng)力公司航天部門(mén)取得(后來(lái)易手給洛克·馬丁)，上世紀90年代被用來(lái)開(kāi)發(fā)改進(jìn)型一次性運載火箭(EELV)和阿特拉斯運載火箭?？紤]到這些火箭既要滿(mǎn)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)機合作項目。發(fā)動(dòng)機的全部生產(chǎn)在俄羅斯進(jìn)行，而負責出售的是發(fā)動(dòng)機生產(chǎn)商動(dòng)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(dòng)機以煤油和液氧為推進(jìn)劑，使用高壓分級燃燒循環(huán)。RD-180繼承了先驅RD-170的富氧預燃室設計，使發(fā)動(dòng)機效率更高。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)機由美國聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司引進(jìn)，用作“宇宙神”-5運載火箭的芯一級發(fā)動(dòng)機，單價(jià)1100-1500萬(wàn)美元?！坝钪嫔瘛?5火箭是美國當前主力運載火箭，與“德?tīng)査?4火箭同屬美國空軍的改進(jìn)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(zhù)美國政府的重要衛星發(fā)射任務(wù)。

　　美國聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司曾宣稱(chēng)，美國進(jìn)口俄制RD-180發(fā)動(dòng)機已有15年的歷史，期間從來(lái)沒(méi)有發(fā)生過(guò)供應鏈中斷問(wèn)題，在世界航天領(lǐng)域被視為國際合作典范。雖然該發(fā)動(dòng)機性能可靠、價(jià)格便宜、供貨穩定，但事關(guān)美國國家安全的發(fā)射任務(wù)卻依賴(lài)俄羅斯的發(fā)動(dòng)機，一直都是美國政府的隱憂(yōu)。隨著(zhù)烏克蘭局勢持續緊張，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(dòng)機用于美國航天發(fā)射任務(wù)來(lái)回擊美國制裁。

　　由美國航天專(zhuān)家組成的一個(gè)委員會(huì )對于在不使用俄制RD-180發(fā)動(dòng)機條件下的美國發(fā)射情況進(jìn)行了展望。委員會(huì )發(fā)現，失去俄制RD-180發(fā)動(dòng)機將會(huì )導致31項任務(wù)的延遲，損失多達50億美元，另外還會(huì )對空軍長(cháng)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(wù)中的重要地位，以及新型液體火箭發(fā)動(dòng)機研制一般需要數年時(shí)間，尋找RD-180替代方案成為美國當前的一個(gè)緊迫事項。日前，美國空軍發(fā)布信息征詢(xún)，邀請美國相關(guān)航天企業(yè)共同思考，如何確保美國的衛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(dòng)機技術(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)盟公司與藍源公司合作研制BE-4液氧/甲烷發(fā)動(dòng)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(dòng)機研制項目投資(未說(shuō)明具體金額)，以替代俄制RD-180。據悉，藍源公司近3年來(lái)一直在研制BE-4發(fā)動(dòng)機，相比其他公司可謂先行一步。BE-4發(fā)動(dòng)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(dòng)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(dòng)機的推進(jìn)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(zhuān)用煤油便宜，燃燒殘余物更少，這使得發(fā)動(dòng)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(dòng)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(shù)。如果研制成功，BE-4不僅可用于“宇宙神”-5火箭，還可用于藍源公司的未來(lái)可重復使用軌道運載器，在擺脫對RD-180依賴(lài)的同時(shí)，還能實(shí)現美國運載火箭主發(fā)動(dòng)機的國產(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)機將面對大量的技術(shù)問(wèn)題。同時(shí)，為適應甲烷推進(jìn)劑，“宇宙神”-5火箭也需要一些適應性改進(jìn)。