为获得更强推力，Sierra Space航天发动机采用Agile Space 3D打印技术

2023年11月23日，南极熊获悉，航天推进技术的创新者Agile Space Industries与商业航天公司Sierra Space合作，共同打造了有史以来最大的航空双组分联合推进肼发动机VRM5500-H。该项目的一个关键点是广泛应用3D打印技术在其构建过程中。值得注意的是，作为该发动机的关键部件，AX19预燃室和推力室均完全采用3D打印技术构建。

△测试中的VRM5500-H发动机

在此次合作中，Agile扮演了关键的角色，负责为Sierra Space的VRM5500-H发动机进行设计、开发、制造、测试，并在短短19周内完成了交付AX19预燃器的任务。这一迅速的发展突显了3D打印技术在太空工程中的深刻影响。此外，预燃器的设计着重保障了在宽油门范围内高效燃烧和稳定性。在整合到发动机的其余部分之前，该预燃器在独立配置中进行了多次热火演示。

AX19采用的单组元推进剂肼无需氧化剂即可燃烧，这为创造富含燃料的预燃器提出了独特的设计挑战。与煤油、甲烷或氢气发动机不同，肼不容许进行部分燃烧。通常情况下，单组元推进剂的燃烧需要大量专用催化剂来维持稳定，这是一个昂贵而资源密集的过程。公司工程师通过巧妙的设计，最大限度地减少了催化剂的使用，同时保持了燃烧的稳定性。

首先，在催化剂反应器中分解部分肼，产生热混合物，包括氨、氮气和氢气，为主燃烧室提供原料。然后，系统将室内剩余的联氨和少量氧化剂充分燃烧。这一创新方法有效地实现了肼的热分解，从而提高了预燃器的性能。

Agile首席执行官Chris Pearson表示：“在实际操作中，时间非常有限，尤其要考虑到这是首次在公开记录中成功开发并应用于发动机的高流量富含联氨的预燃器。设计原型展示了在6:1油门范围内实现了稳定的运行和高燃烧效率。”

△2021年，Agile收购3D打印部件供应商Tronix3D

测试和影响

在预燃器完成开发后，于2022年10月在科罗拉多州杜兰戈市的Agile Animas测试台成功进行了独立测试。经过这些测试，Agile Space将预燃器交付给Sierra Space进行进一步评估。然后，在2023年，VRM5500-H发动机在阿拉巴马州亨茨维尔红石兵工厂的美国陆军DEVCOM（作战能力开发司令部）试验台进行了测试。

Sierra Space表示，这种新型5500磅力自燃火箭发动机，在所有节流点都表现出高效、稳定的燃烧，证实其已为各种太空应用做好准备。与此同时，AX19预燃器在2023年第一季度和第二季度作为独立装置与完整的VRM-5500H发动机一起成功运行。这些覆盖整个油门范围的测试证实了预燃器的稳定运行以及预燃器的有效运行。

该发动机有望成为该公司产品组合的突破性补充，在分级燃烧过程中使用纯联氨燃料和MON-3氧化剂（一种富氮氧化剂）。这意味着它分步燃烧燃料，首先在预燃器中为发动机产生动力，然后在发动机的主要部分中产生推力。

该公司表示，这种高效的燃料燃烧方式使发动机具有高性能，真空比冲超过339秒。这个比冲数很重要，因为它告诉我们发动机在太空中如何有效地使用燃料，而在太空中节省燃料至关重要。工程师还设计了连续节流阀，推力范围从全功率时的5500磅力到900磅力，从而实现精确控制和机动性。

△Sierra Space的VRM5500-H发动机正在测试

高性能航天发动机的研发

Sierra Space首席执行官Tom Vice表示：“这款高性能、可重复使用的双组元推进剂发动机，代表了太空推进技术的重大飞跃，为效率、可重复使用性和多功能性设定了新标准。该发动机专为太空应用量身定制，其中可重复使用性、可存储性、节流性和车辆重量减轻至关重要，使其成为着陆器、上部阶段、运输车辆和长时间任务的绝佳选择之一。

Sierra Space和Agile之间的合作充分利用了快速的设计到测试周期和先进的3D打印技术，仅用了短短的九个多月就完成了发动机的设计和测试。根据公开记录，这一努力标志着开发人员在发动机中首次创建并使用富含肼的预燃器。

△Sierra Space的“追梦者”太空飞机效果图

另外，VRM5500-H发动机开发的一个显著亮点是广泛应用了3D打印技术。AX19预燃器的大部分是使用3D打印构建的。此外，Sierra Space透露，它们使用常见的金属3D打印机建造了发动机的推力室和预燃室。

这一重要的3D打印应用不仅展示了当前制造技术的能力，还凸显了空间推进系统设计和生产进一步创新的潜力。AX19预燃器的成功为未来太空任务中更高效、更具成本效益和快速开发的组件铺平了道路，突显了3D打印在太空技术中的变革潜力。