美国NASA等部门联合发布《航天制造技术报告》，增材制造技术被重视

2024年1月8日，南极熊获悉，美国国家航空航天局（NASA）、国防部（DOD）和商务部（DOC）在2023年12月20日向美国国家太空委员会联合提交了《航天制造技术报告/Space Manufacturing Technology Report》。

报告下载链接：https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2023/12/nspc-space-manufacturing-technology-report-rev-12.20.23-final.pdf

这份报告重点关注了开发新兴航天制造技术等5个关键领域，讨论了增材制造、先进材料等7项新兴航天制造技术，并提出了推动太空制造技术的14项可行建议，具体包括：

• 开发新兴航天制造技术：优先投资于新兴的太空制造技术，支持美国国家航空航天局（NASA）、国防部（DOD）和商务部（DOC）相关项目的投入；
• 建立公私合作伙伴关系：探索现有的公私部门合作伙伴关系，重点是扩大当前的“美国制造”模式的力量，以确保以太空为重点的相关成果；
• 资助航天制造技术中心：探索经济发展管理局地区资金，用于支持太空制造技术中心；
• 关注协同发展：发挥与其他联邦计划的协同作用，包括霍林斯制造业扩展伙伴关系（MEP）计划；
• 航天技术人才队伍建设：通过教育和人才培养计划应对太空工业基地对人才的不断增长需求；
  

这些建议旨在推进美国太空制造能力，确保国家在全球太空产业中的竞争地位。具体措施可由NASA、DOD、DOC和其他联邦部门和机构执行。一旦实施，这些建议将有助于增进对现有基础设施的了解，确定当前能力以及未来对太空制造的需求。相关机构将支持并在必要时建立联邦部门和机构、行业、私营部门组织以及国内外学术界之间的新伙伴关系。利益相关者将孵化和加速航天制造创业，同时进一步调整当前和未来的联邦投资，以支持太空制造技术需求。报告最后提出了关于发展和加强各种背景的人进入太空制造职业的途径的建议。

全球航天制造技术的发展现状

在航天工业短短60多年的历史里，世界发生了许多变化，航天工业对我们的生活和工作方式产生了深远的影响，塑造了历史进程和我们今天所知道的世界。航天工业具有巨大的经济增长潜力。如今，全球航天工业价值超过 4000 亿美元，并且正在迅速扩张和发展。在美国，该行业每年为国家贸易平衡增加数百亿美元，为美国的高科技产业基础提供支持和刺激，提供数以万计的高薪高技能工作岗位。在欧洲，欧洲航天局也提出了针对航天工业的先进制造计划，其主要目的是甄选和引入太空业务颠覆性材料和制造工艺。

如今，航天工业正处于一个转折点，其变化、挑战和机遇主要是由于发射成本的降低以及人们认识到太空的利用具有为地球带来社会效益的巨大潜力。航天工业的长开发周期、高运营成本限制了新进入者和竞争者，制造技术的进步对于推动各国在竞争激烈的全球环境中的行业占据领先地位方面发挥关键作用。增材制造、人工智能、机器人、生物技术和新材料等技术的最新进展正在为太空制造创造新的机遇，为了参与全球竞争，美国等发达国家一直在持续开发和实施新的创新制造技术。

美国未来航天制造技术的发展趋势

先进制造技术的爆发预计将在竞争日益激烈的全球太空市场中推动创新和效率方面发挥重要作用。作为世界太空探索领域的杰出国家，美国联邦政府与一直致力与工业界和学术界合作，投资于应用研究和工业相关的制造技术，以鼓励持续研究和创新的环境。在NASA等部门联合提出的《航天制造技术报告》中，概述了7项新兴的太空制造技术，具体包括：

• 增材制造（AM），也称为3D打印
• 先进材料，包括复合材料、陶瓷、轻质金属、纳米技术和生物技术
• 机器人技术和自动化
• 数字制造系统
• 清洁和可持续制造
• 电子制造
• 高超声速技术
  

这些技术对于推动太空制造能力的发展并满足不断发展的太空行业需求至关重要。

增材制造：报告首先强调了增材制造（AM）的重要性，也被称为3D打印，是指根据 3D 模型数据连接材料以制造零件的过程，通常是逐层进行，而不是减材制造和成形制造方法。作为关键的空间制造技术。增材制造允许创造复杂的几何形状和内部结构，这些结构很难或者无法通过传统制造方法生产。它提供了显著的成本和进度改进，并且正在极大地改变各个领域的设计和制造格局。这项技术在推进空间制造能力和满足不断发展的航天工业需求方面起着至关重要的作用。

先进材料：包括复合材料、陶瓷、轻质金属、纳米技术和生物技术在内的材料，可用于创造具有改进性能的新材料注入，例如增加强度、耐用性和生物相容性。这些材料可用于各种航天技术应用。开发先进材料潜力的要求包括更有效的方法来识别、合作、清洁提取和制造使用稀土金属和空间系统必需且很大程度上独特的材料的组件。

机器人和自动化：机器人和自动化用于提高制造过程的效率和精度，从而缩短生产时间并降低劳动力成本，允许在危险环境中进行制造或执行对人类工人来说太危险的任务，并集成数字制造技术支持增材制造等新颖方法。机器人技术和自动化的改进使用将带来更可靠、无差错的生产线，从而创建更高可靠性的空间系统。

数字制造系统：航天工业正变得极其数据驱动。几乎所有现代制造业务、设备和基础设施都在一定程度上实现了计算机化，智能制造系统使用物联网、人工智能、虚拟现实和数字孪生等先进技术，用数字方法代替体力劳动，以提供信息、优化和自动化制造流程。

清洁和可持续制造：现代制造技术允许最大限度地减少或消除对环境和人类健康的负面影响，同时节省资源和能源。这些技术使得化学产品和工艺的设计能够减少或消除有害物质的使用和产生，并为闭环制造提供机会，其中废物和副产品在制造过程中被回收或再利用，而不是被丢弃。

报告建议各机构保留该新兴技术清单，并找出在利用这些技术时需要解决的差距。NASA、DOC和DOD还鼓励采用“美国制造”模式，这是一个由位于全国不同地区的专门从事不同技术的机构组成的网络。“美国制造”的成立是为了与学术和工业合作伙伴一起捕捉美国的创新，并将其转化为应用技术，确保美国在未来继续成为全球制造业的领导者。美国制造网络（如下图所示）通过 16个制造创新机构及其赞助联邦机构（美国商务部、国防部和能源部）促进先进制造技术的协作开发来实现这一目标。2022年，各研究院共承担了700多个重大应用研发项目，涉及2500多个不同组织，为10.6万人次提供了先进制造业劳动力发展和培训。美国制造模式可以首先利用美国制造机构现有的能力应对太空制造挑战，从而帮助推动国内太空制造行业的发展。

△美国制造网络

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