美国宇航局成功测试3D打印的液态甲烷涡轮泵

寂静天花板

日前，美国宇航局（NASA）成功测试了一个以液态甲烷为燃料的3D打印火箭发动机 涡轮泵。科学家们认为，液态甲烷是NASA登陆火星计划中航天器的理想发动机推进剂。
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“这是NASA迄今测试过的使用液态甲烷的最复杂的火箭部件之一。液态甲烷是火星登陆器和其它航天器中效果很好的推进燃料。”位于阿拉巴马州Huntsville的马歇尔太空飞行中心推进器系统部经理Mary Beth Koelbl说：“增材制造或者3D打印使我们能够快速射设计、建造并测试两个具有相同设计的涡轮泵。这两个涡轮泵分别以液态甲烷和液氢做推进剂，都工作得很好。

据称，涡轮泵的结构非常复杂，因为它需要通过涡轮的快速旋转来驱动泵，并由后者向发动机供应燃料轮。整个功率测试中，该涡轮机产生了600马力的动力，导致燃料泵每分钟的转速超过36,000转，而且每分钟可向发动机提供600加仑的半低温液态甲烷——足够发动机产生超过22,500磅的推力。此外，研究人员还在低功率水平下完成了三个其他测试。

除此之外，NASA还在2015年完成了氢涡轮泵组件测试和液氢/液氧实验机的测试。这些测试以及火箭发动机的喷油嘴和其它部件的制造和测试为推进复杂火箭发动机的3D打印、更高效地制造未来的航天器（包括以液态甲烷为原料的登陆器）铺平了道路。

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“甲烷推进和增材制造对于未来的星际探索，包括NASA的火星任务，来说是两大关键技术。”马歇尔太空飞行中心的推进工程师Graham Nelson称，他也参与了这次测试。

液态甲烷的温度是零下159摄氏度，而液态氢则需要被冷却到零下240摄氏度。液态甲烷温度更高就意味着它汽化得更慢，因此更容易存储更长的时间，有利于长时间的太空旅行。此外，当下的技术条件使得人们可以用二氧化碳来制造甲烷火箭燃料，而二氧化碳在火星大气中的含量非常丰富。

此次测试还确保了3D打印的部件可以在类似登陆器、运载火箭或其他太空飞行器的条件下成功运行。这些测试数据也将提供给那些正在致力于使用3D打印技术打造满足航空航天标准的部件，并降低其成本的美国公司。为此所有关于材料属性及性能上的数据都被编进了NASA材料和工艺技术信息系统（MAPTIS），这是一个经过批准的用户方可使用的信息系统。

“增材制造使得我们打造的涡轮泵部件数减少了45%。”马歇尔中心的推进工程师Nick Case说，他领导了这次测试。“这使得我们很经济地打造出了两个涡轮泵，并且很快就将它们放到了测试台上并获得结果。我们下一步将在与去年进行液氢测试类似的配置条件下，对带有其他3D打印发动机部件的液态甲烷涡轮泵进行测试。”