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国内动态 | 央视纪录频道首谈天问一号,3D打印曾发挥重要作用
发布时间:2022.04.25    新闻来源:3D打印技术参考   浏览次数:
4月24日是中国航天日,在本月央视CCTV 9播出的一档记录节目——《下一站,火星》中,节目在人类探索外太空历史的大视野下,以"天问一号”的飞行历程为线索,梳理出中国首次火星探测任务的缘起、研制历程及目标,涉及多个重要器件的研制过程。根据此前中国航天科技集团官方的消息,航天五院开发的3D打印自支撑晶格结构在天问一号探测器及祝融号火星车上成功应用;航天科技集团六院则将3D打印技术用于7500N变推力发动机最终相关零件的制造。除此之外,业内知名的服务商也曾对外公布参与了“天问一号”研制。3D打印技术参考发现,央视纪录片中特别报道了7500N变推力发动机的研制过程,这是我们第一次以记录的形式“窥见它的神秘色彩。本文介绍的重点也在于此,这也是中国航天日特别报道的第一篇。
火星着陆的七八分钟,要经历高速进入火星、大气高温灼烧、超音速开伞、悬停避障等等一系列复杂动作。为了保证着陆安全,中国各地的航天工程师齐心合力,协同共建。其中西安的团队(航天六院负责着陆器的刹车装置——变推力发动机。当天问一号下降到距离火星100km的高度,环绕器和着陆器分离。为使着陆巡视器降低运行速度达到着陆要求,作为着陆巡视器主发动机的7500N变推力发动机发挥关键作用,为着陆巡视器动力减速、悬停避障和缓速下降等软着陆任务提供轨控推力。

中国航天日专稿:央视纪录频道首谈天问一号,3D打印曾发挥重要作用

7500N变推力发动机开机,动力减速、悬停避障和缓速下降

这种发动机在探月工程中曾多次使用,嫦娥三号、四号、五号落月的最后阶段,都是靠这种发动机反推实现减速和悬停的。但仅仅几年过去,发动机的样子已经完全不同。探月工程使用的变推力发动机高达1.4米,但火星着陆器布局受限,给变推力发动机留的空间只有半米多,必须缩小身形,但技术指标却不能降低。虽然基本原理一样,但改进工作与研制一台新的发动机几乎没有区别。从总装布局到系统参数都要大幅改变,从理论验证到反复试车,每一个流程都必不可少。探月的发动机研制了八年,而天问一号的这个发动机包括验证到交付使用了仅四年

中国航天日专稿:央视纪录频道首谈天问一号,3D打印曾发挥重要作用

探月工程和天问一号7500N变推力发动机对比

中国航天日专稿:央视纪录频道首谈天问一号,3D打印曾发挥重要作用

探月工程和天问一号7500N变推力发动机对比

制造过程中,改进型7500N变推力发动机与以往7500N发动机的性能和推力一样,但重量和体积只有以前发动机的三分之一,结构也更加优化、紧凑。发动机的对接法兰框还首次采用3D打印技术,“一次打印成型”避免大余量去除原实心棒材或锻件引起的变形,也保证了发动机与总体对接的质量稳定性。

中国航天日专稿:央视纪录频道首谈天问一号,3D打印曾发挥重要作用

天问一号着陆巡视器成功着陆

在3D打印技术参考最新的航空航天案例介绍中,NASA和Aerojet Rocketdyne的研究人员明确表示,与过去制造零件的方式相比,3D打印能够增加可负担性、缩短交货时间并大大提高系统性能实际上,这项价值几乎被所有的航空航天制造商所认可。下一站,火星》栏目在对7500N发动机的介绍中上不可能提及一项制造技术,但研制人员却明确标表示,与过去探月工程的发动机相比,研制时间足足缩短了4年,这无不让我们遐想是否有更多器件使用了3D打印,即使并未用来制造最终零件,但是否有可能用来进行原型制造,来加快设计迭代呢?

中国航天日专稿:央视纪录频道首谈天问一号,3D打印曾发挥重要作用

天问一号火星探测器标注图(来自微博网友WLR2678

在3D打印技术参考对中国民营航天的代表——深蓝航天和星河动力的专访中,双方都将3D打印技术应用到了相关产品的研发和制造中。深蓝航天雷霆-5液氧煤油发动机从方案设计到整机试车仅仅用时8个月,3D打印技术的应用加速了设计-制造-设计的迭代;星河动力则在“边界”系列轨姿控动力系统设计之初就将3D打印方案纳入考虑,3D打印使产品实现了轻量化、个性化、一体化、复杂化的总体性能提升。

更短的研制时间,更小的体积和重量,维持不变的性能和推力,天问一号的7500N变推力发动机在研制过程中是否更多的使用过3D打印技术,势必要等待以后解密。目前已公开的相关研究中,其推进剂贮箱采用了7055高强铝合金通过搅拌摩擦焊工艺制造,该工艺近些年来也被发展成了一种增材制造技术。

终归,在天问一号的研制过程中,金属3D打印技术确实发挥过重要作用。

 
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