构建非常精细的火箭喷管薄壁冷却通道，欧盟资助的ENLIGHTEN（欧洲低成本、创新和绿色高推力发动机）项目

| 3DScienceValley · 2024/04/05

太空从未显得如此可接近，太空飞行触手可及。为了提高欧洲太空运输系统的竞争力，作为欧盟资助的 ENLIGHTEN 项目的一部分，弗劳恩霍夫激光技术研究所Fraunhofer ILT的研究人员 Min-Uh Ko、Jochen Kittel 及其团队正在开发一种增材制造的火箭喷管，可大幅提高火箭生产的速度和成本效益。

▲ 激光材料沉积 (LMD) 的增材制造技术
© 德国亚琛Fraunhofer ILT

定向能量沉积增材制造技术，允许整个推力室总成（TCA）在火箭推力室喷管的制造过程中一次性形成所有的内部冷却通道，从而无需进行封闭操作，这样的好处是明显的，不仅可以显着减少零件和焊接操作，并使得整个推力室总成（TCA）更加可多次利用。

3D科学谷

非常精细的薄壁冷却通道

除了其大型的构建外壳外，正在研究的设计还具有非常精细的薄壁冷却通道，这种结构通过传统加工制造技术往往非常复杂。该喷管旨在用作阿丽亚娜太空计划下一代火箭的组件，增强欧洲航天工业的技术主权和竞争力。

▲ 阿丽亚娜5号成功发射
© 欧空局/法国国家空间研究中心/阿丽亚娜航天公司

在ENLIGHTEN（欧洲低成本、创新和绿色高推力发动机倡议）项目中，Fraunhofer ILT 的团队将目光投向了欧洲航天工业的成功未来，科学家们正在研究新技术，以降低太空旅行的成本并增强欧洲在该领域的竞争能力。该项目共有18个合作伙伴参与，得到了欧盟委员会的积极支持，旨在维护欧洲在航天领域的技术主权，并能够在日益激烈的全球竞争中保持创新力。

突破可能性的极限

突破成本太高，速度太慢的瓶颈：作为该项目的一部分，弗劳恩霍夫激光研究所Fraunhofer ILT 的专家们实际上正在为欧洲太空旅行带来新的推动力。3D科学谷了解到他们的计划是使用激光材料沉积 (LMD) 的增材制造技术生产火箭发动机的喷管，并按比例建造一个演示器。

特别之处在于 LMD 激光材料沉积增材制造技术提供的广泛可能性可以极大地提高新一代火箭喷嘴的制造速度和成本效益。除了其大型构建外壳外，正在研究的设计还具有非常精细的薄壁冷却通道。

Valley_火箭 © 3D科学谷白皮书

灵活、高效、准确——因而具有开创性

其他方法，例如线材电弧增材制造 (WAAM) 和激光粉末床熔融 (LPBF)，要么无法生产相对复杂的结构，要么生产效率明显低于 LMD激光材料沉积增材制造技术。最重要的是，LPBF激光粉末床熔融增材制造技术存在很大的尺寸限制。

▲ 航空航天增材制造应用发展方向
© 3D科学谷白皮书

火箭推进器喷管的薄壁结构需要具有特定光束质量的激光源，以产生直径极小的光束。Fraunhofer ILT激光研究所在这一领域特别强大，因为研究所内部拥有各种激光源和光学配置，可以根据具体应用进行调整。

让火箭制造加速发展

弗劳恩霍夫 ILT 正在开发的喷嘴旨在用作Ariane阿丽亚娜计划下一代火箭的组件。Ariane集团是负责ENLIGHTEN 项目的总体协调者。事实上，火箭喷管已经可以使用传统方法生产。但传统制造工艺目前涉及许多单独的工艺组合，这带来了时间和成本的挑战。由于没有制造商可以在单个生产地点执行所有步骤，组件必须移动到多个地点完成不同的工艺步骤，这创建了一个显着延长生产和交货时间的流程链。

3D打印可以消除许多单独步骤的工艺技术，从而显着降低成本，但这还不是全部。与此同时，3D打印将大大缩短生产火箭喷管所需的时间。之前，这个过程需要几个月的时间，跨越一个季度以上。

强强联手，实现梦想的星辰大海

除了生产技术和实现演示器之外，Fraunhofer ILT 的专家还专注于过程监控和质量保证。该团队的目标是优化 Fraunhofer ILT 开发的技术的可靠性和稳健性，以便研究人员可以将其转移到工业界以供未来大规模生产。因此，同时使用过程监控系统，目的是利用传感器数据来定位和消除潜在的过程异常，从而全面确保组件质量。

一旦弗劳恩霍夫激光研究所Fraunhofer ILT 成功开发出工艺和演示器，这将是一个突破。3D科学谷了解到凭借弗劳恩霍夫激光研究所Fraunhofer ILT 的成果，可以让工业界在自己的设施中使用 LMD 激光材料沉积增材制造技术生产出同样其他大型、复杂和精密的结构，以供应航空航天业。

正如ENLIGHTEN项目合作伙伴的倡议表明，如果欧洲各国联手，可以继续在全球太空旅行和探索中发挥重要作用。在该项目的引导下，欧洲正在实现一系列可靠且有竞争力的欧洲太空运输系统项目的最新研究成果。由此看来，欧洲太空运输系统的未来一片光明。