SpaceX超大型星舰火箭再创纪录，金属3D打印技术助力发动机原型设计多次迭代

2024年10月14日，南极熊获悉，美国航空航天公司Space X公司的星舰（Starship）火箭第五次飞行测试于 10 月 13 日星期日上午 7 点左右准时进行，取得了巨大的成功。仅经过五次试飞，SpaceX就能够开发出有史以来最大、最强大的航天器，将 Starship 航天器发射到近地轨道，并在其着陆时使用科幻风格的 Mechazilla 系统和“筷子”接住其巨大的第一级。

在今年的8月份，SpaceX对外宣布其首台三代猛禽（Raptor 3，海平面版本）火箭发动机出厂，这一消息也预示着Raptor 3 发动机正式进入量产阶段：马斯克：SpaceX拥有世界上先进的金属3D打印技术，猛禽3火箭发动机大升级，推力280吨-南极熊3D打印网 - 平台 (nanjixiong.com)。仅过去了短短两个月，SpaceX就已经实现了星舰火箭的第五次发射，尤其这次 “筷子夹住火箭”的着陆回收方式更是刷新了人类的认知。

△Raptor系列1-3代发动机对比

SpaceX是金属增材制造技术的主要用户，如果没有使用增材制造快速且经济高效地迭代原型的能力，这一切都不可能实现。遗憾的是，没有足够多的 SpaceX 来帮助推动增材制造的采用。尽管如此，航空航天公司仍然是增材制造的最大用户之一，推动着庞大且快速增长的全球业务。VAST、Rocket Lab、UrsaMajor、Relativity 和 Beehive 等先锋太空公司都是增材制造的重度用户，尽管规模肯定不如 SpaceX。航空和无人机领域也有许多增材制造技术的忠实用户。

SpaceX星舰的第四次飞行也取得了巨大的成功。在完全成功升空之后，助推器首次在墨西哥湾软着陆，星际飞船成功重返大气层，随后着陆燃烧并溅落到印度洋。

星舰的第五次飞行测试向全面快速重复使用又迈进了一步。主要目标是首次返回发射场并接住超重型助推器，以及星舰的另一次再入和着陆燃烧，目标是星舰在印度洋上准确溅落。

在这次飞行测试之前，对 Super Heavy、Starship 以及 Starbase 的发射和接收塔基础设施的硬件和软件进行了广泛的升级。SpaceX 工程师花了数年时间准备和数月时间测试助推器接收尝试，技术人员投入了数万小时来构建基础设施，以最大限度地提高成功率。在最近一次参观 Starfactory 期间，马斯克告诉 Youtuber EveryDayAstronaut，每次发射后，都会对火箭的硬件进行数千次更改。考虑到上一次发射仅在几个月前进行，这需要非常高速的制造能力。

在超重型火箭助推器返回并尝试回收之前，必须满足数千种不同的运载工具和发射台标准，这需要助推器和发射塔上的系统正常运行，并由任务飞行指挥员手动发出指令。如果在助推器回燃完成之前未发出此指令，或者自动健康检查显示超重型火箭或发射塔的状况不可接受，助推器将默认采用着陆燃烧和软溅落墨西哥湾的轨迹。返回的助推器从超音速减速，导致着陆区周围区域出现可听见的音爆。

星舰的飞行轨迹与上次试飞相似，溅落在印度洋。该飞行路径不需要脱离轨道燃烧即可再入，最大限度地保障了公共安全，同时仍提供了实现 SpaceX 的主要目标的机会，即实现 Starship 的受控再入和水上软着陆。即使它没有坠毁，降落在海洋中也意味着必须牺牲 Starship 的许多部件 - 包括发动机。这也意味着 SpaceX 必须能够快速且经济高效地生产多台发动机。虽然一些较简单的零件可以从压铸和CNC 组件中采购，但所有复杂的零件和子组件都必须 3D 打印。根本没有办法绕过它。从 Starfactory 车间里令人难以置信的助推器数量来判断，这意味着大量的增材制造部件被使用。

星舰在飞行前进行的一项关键升级是彻底改造其隔热板，SpaceX 技术人员花费了超过 12,000 小时的时间，用新一代隔热板、备用烧蚀层和襟翼结构之间的额外保护装置替换了整个热保护系统。这项大规模工作，以及对飞船操作和再入和着陆燃烧软件的更新，旨在改进上一次飞行，并使星舰在印度洋目标区域软着陆。

每次飞行都以上一次飞行的经验为基础，测试星际飞船各个方面的硬件和操作改进，该公司现在即将展示星际飞船完全快速重复使用设计的基本技术。通过在飞行环境中继续推动硬件，并尽可能安全和频繁地这样做，SpaceX 正在迅速使星际飞船上线并彻底改变人类进入太空的能力。