英国太空3D打印领域又添生力军——普罗米修斯-2和Orbex火箭发动机

2022年5月12日，南极熊获悉，英国航天局对外宣布了英国近期航天方面取得的几个新的里程碑，包括在英国本土的首次卫星发射。

欧洲航天局（ESA）期待已久的"普罗米修斯-2"火箭发动机的发射将于今年夏天晚些时候在纽基的康沃尔航天港进行，将两颗立方体卫星发射到低地球轨道（LEO），以监测包括GPS和精密成像在内的无线电信号。

与此同时，英国航空航天公司Orbex已经公布了其Prime轨道空间火箭的第一个全尺寸原型，其中的发动机和涡轮泵系统是3D打印的。

英国政府国防采购部长杰里米-昆说："空间技术对发展国防能力至关重要，'普罗米修斯-2'号的发射代表着我们本土的空间项目又向前迈出了重要一步。与太空任务和空客公司的这种合作为英国成为一个更有弹性、更强大和更重要的全球空间实体铺平了道路。"

△发射台上的Orbex Prime火箭原型。照片来自Orbex。

普罗米修斯项目

普罗米修斯火箭发动机自2017年以来一直在开发中，当时欧空局与阿丽亚娜集团签署了一份价值7500万欧元的合同，用于开发可重复使用的、低成本的、3D打印等创新制造技术的新一代火箭发动机。

阿丽亚娜集团是跨国航空航天公司空中客车公司和赛峰集团的合资企业，在2015年已经开始用金属3D打印方法制作发动机的原型。普罗米修斯的前身之一——Vulcain 2.1，包含3D打印的结构部件。此后，该项目专注于通过广泛使用增材制造，以比传统火箭发动机低十倍的成本生产普罗米修斯。

2018年，GKN航空航天公司与阿丽亚娜集团签订合同，为液氧甲烷推进的普罗米修斯发动机3D打印两个全尺寸涡轮。据吉凯恩公司称，利用增材制造技术使涡轮机内的关键部件具有更高的性能，更短的交货时间，并降低了90%的成本。

△普罗米修斯发动机有一个3D打印的燃烧室。照片来自阿丽亚娜集团。

发射倒计时

经过多年的开发，普罗米修斯-2火箭发动机将在今年夏天首次发射，将两颗立方体卫星送入低地球轨道。普罗米修斯-2由位于汉普郡的In-Space Missions公司制造，并与空中客车防务和空间公司、英国国防部（MOD）和其他国际合作伙伴共同设计。

立方体卫星将提供一个测试平台，用于监测无线电信号、全球定位系统和复杂的成像，因为英国航天局正在努力与其盟友开发一个更加互联的空间通信系统。特别是，这项任务将帮助国防部更好地了解英国及其国际伙伴如何合作，以创建一个更有能力、更灵活、更低成本的卫星运营和数据处理系统。

英国航天局副首席执行官伊恩-安奈特说："我们正在将英国置于小型卫星发射的最前沿，在全球市场内为商业客户和政府提供世界领先的能力，开辟新的机会，并激励当前和下一代的英国太空科学家、工程师和企业家。这些卫星展示了英国在设计和建造卫星方面的优势。能够首次从英国和欧洲各地发射，将进一步推动我们的卫星产业，在全国范围内创造高技能就业机会，并实现国家空间战略的一个关键目标。

这些立方体卫星将由维珍轨道公司的 "发射器一号"火箭发射到低地球轨道，并在地球上空550公里处运行。一颗立方体卫星配备了高光谱成像仪、激光探测器和GPS接收器，以捕捉更高清晰度的地球图像，而另一颗立方体卫星包括两台光学成像相机，以提供180度的地球表面视图并观察第一颗立方体卫星。

国防部空间主任哈夫-斯迈思空军副元帅说：“这是国际合作力量的一个很好的例子，当然，合作也是我们国防空间战略的一个关键宗旨。普罗米修斯-2号将为英国国防部的未来太空计划提供巨大的价值，而且，由于我们在国家侦察局的合作伙伴，这颗功能强大的卫星将在今年夏天从英国本土发射。我对我们共同取得的成就感到非常自豪，这只是一个开始。"

△正在进行测试的普罗米修斯气体发生器。照片来自阿丽亚娜集团。

Orbex公司公布了全尺寸的Prime原型机

与此同时，Orbex公司揭示了其Prime微型发射器火箭的第一个全尺寸原型。该公司在2015年发射后最初以隐形模式运作，在筹集了3000万英镑的资金后于2018年突然亮相。Orbex之前曾与SLMSolutions合作开发其3D打印火箭发动机，这在2019年被认为是当时世界上最大的火箭发动机。

去年2月，Orbex委托EOS集团的公司AMCM建造欧洲最大的工业3D打印机，以实现内部快速打印火箭发动机。这套价值数百万英镑的系统将促进每年打印超过35个单件的大型火箭发动机和主级涡轮泵系统，它们是Orbex公司19米长的Prime火箭的关键部分。

Prime火箭的燃料是可再生的生物丙烷燃料，据报道，与目前大多数商业火箭所使用的煤油燃料相比，该燃料可减少90%的二氧化碳排放。该火箭被设计为可重复使用，以便不在地球周围的轨道上留下任何碎片，并配备了一个新颖的回收和可重复使用系统。

现在，Orbex公司已经成功地将其第一个全尺寸的Prime火箭原型整合到其位于苏格兰Kinloss的第一个测试发射平台的发射台上。该公司现在将着眼于进行综合测试，包括火箭发射的 "彩排 "以及发射程序的开发和优化。

Orbex的首席执行官ChrisLarmour说："这是Orbex的一个重要里程碑，突出了我们走了有多远。从外面看，它可能看起来像一个普通的火箭，但在内部，Prime与其他任何东西都不同。为了实现21世纪火箭的性能和环境可持续性，我们必须在许多领域进行创新，包括低碳燃料、完全3D打印的火箭发动机、非常轻的燃料箱，以及新颖的低质量可重复使用技术"。

Prime火箭将从苏格兰北海岸正在开发的新太空港Space Hub Sutherland正式发射。早在2020年8月，萨瑟兰空间枢纽是英国第一个获得规划许可的垂直太空港。

Annett说："我们正处于一个历史性时刻的边缘，Orbex在为英国创造一个全新的发射能力方面发挥着主导作用，同时为全国各地的人们和企业创造机会。我迫不及待地想看到Prime从萨瑟兰航天中心升空。"

△Orbex3D打印的火箭发动机在第2阶段火箭工程原型中。图片来自Orbex。

英国繁荣的太空领域

英国的空间部门目前雇用了大约47,000人，创造了165亿英镑的收入。英国政府的国家太空战略正在寻求使英国成为欧洲领先的国家，为小型卫星制造商提供直接的端到端发射路线，同时在英国太空港当地创造技术工作。

萨瑟兰太空中心是英国各地七个潜在的太空港之一，一旦完成，预计将在周围地区创造600多个就业机会。

科学部长乔治-弗里曼说："对于英国的空间和卫星部门来说，这是一个非常激动人心的时刻，因为我们正在为今年夏天晚些时候从英国太空港发射第一批卫星进行倒计时。Orbex Prime是英国火箭公司的一项了不起的工程壮举，它开创了更多可持续的创新燃料，减少了碳排放。看到总部设在摩雷的Orbex公司创造了更多高质量的工作，这也是非常好的，表明我们繁荣的空间部门对支持新兴创新集群的价值，以帮助提高整个英国的水平。"

△新的萨瑟兰航天中心将于2022年初投入使用，它将使Orbex公司能够发射自1971年以来的第一颗英国卫星进入轨道。图片来自Orbex。