3D打印超音速火箭，获得美英大量国防订单，Rocket Lab年入4.3亿美元

南极熊导读：3D打印超音速火箭，正在获得美英大量国防项目，金额可高达上亿美元。
3D 打印技术（即增材制造）在超音速火箭导弹领域的应用正在迅速扩展，尤其是在需要复杂几何形状、高耐热性能和快速生产能力的场景中。Rocket Lab 作为全球领先的航天系统和发射服务提供商，Rocket Lab 被选中参与美国空军 EWAAC 计划（价值 460 亿美元）和英国国防部 HTCDF 项目（价值约 13 亿美元），以支持超音速技术的发展。其创新的高超音速加速亚轨道测试电子火箭（HASTE）成为核心工具之一。HASTE 是 Electron 火箭的亚轨道版本，具备高频发射能力，并优化用于超音速任务。


技术背景与应用
超音速火箭导弹（飞行速度超过 5 马赫）面临极端环境挑战，包括高温、高压和复杂的空气动力学条件。3D 打印技术通过逐层构建的方式，能够制造传统方法难以实现的复杂结构，从而满足这些需求。研究表明，3D 打印在以下方面的应用尤为突出：


发动机组件
超音速火箭和导弹的发动机需要承受极高的温度和压力。Rocket Lab 的 Rutherford 发动机完全通过 3D 打印制造，包括燃烧室、喷注器、泵和主推进阀。这些组件使用激光粉末床融合技术，能够承受超音速飞行中的极端高温和压力，适合 HASTE 火箭的超音速测试任务。

△Rutherford发动机

例如，陶瓷材料如硅氧碳化物（SiOC）因其耐高温特性（约 3200 华氏度）被用于超音速发动机组件，如支柱和火焰保持器。

结构组件
超音速火箭需要轻量化且高强度的结构。Rocket Lab 使用 90 吨级的自动纤维放置（AFP）3D 打印机制造大型碳纤维复合材料结构，这些结构被认为是历史上最大的碳复合火箭结构 。


快速原型和测试
3D 打印技术允许快速生产火箭组件，例如 Rutherford 发动机的制造时间仅为 24 小时，相比传统方法的数月时间大幅提升效率。这加速了超音速技术的迭代开发和测试，尤其在高频次发射需求下。


支持超音速测试
Rocket Lab 的 HASTE 火箭不仅自身使用 3D 打印技术，还支持其他公司的 3D 打印超音速测试载荷，例如，Hypersonix 的 DART AE 测试载荷配备了 3D 打印的 SPARTAN 超燃冲压发动机（scramjet），并由 Rocket Lab 的 HASTE 火箭发射。

HASTE 火箭具备更大的有效载荷能力（高达 700 公斤），能以超过 7.5 公里/秒的速度部署技术设备，用于测试吸气式、滑翔式和弹道式载荷，以及从太空返回地球大气层的技术

行业趋势与对比

除了Rocket Lab，其他公司和研究机构也在超音速领域广泛应用3D打印：

推进系统： Aerojet Rocketdyne获得了2200万美元的合同，通过3D打印开发高超音速推进系统原型，专注于复杂发动机部件的制造。


△Aerojet Rocketdyne 的 RL10 火箭发动机采用 3D 打印铜推力室进行测试


引导和控制系统： Lockheed Martin为其新的Mako高超音速导弹3D打印关键部件，如引导部分和鳍片，生产时间缩短至传统方法的十分之一，成本降低至十分之一。

△3D打印Mako 超音速导弹的零件

美国海军也在其 Mk 104 固体火箭发动机中使用 3D 打印技术
△SM-6 missile

材料开发： 亚利桑那大学工程系使用3D打印开发高超音速导弹部件，专注于能承受高达1500-1600°C高温的新材料，海军研究办公室资助120万美元进行研究。


3D 打印技术在超音速火箭导弹中的应用涵盖了发动机组件、结构件制造以及快速原型和测试的支持。Rocket Lab 通过其 Rutherford 发动机和 HASTE 火箭，展示了 3D 打印在超音速测试中的关键作用，尤其是在美国和英国政府项目的背景下。随着技术的进一步发展，3D 打印有望进一步降低成本、缩短开发周期，推动超音速技术的全球竞争。

△Electron rocket

南极熊获悉，2024年，Rocket Lab的收入达到4.362亿美元（约31亿人民币），同比增长78%；仅第四季度就贡献了1.324亿美元的收入，同比增幅高达121%。尽管全年净亏损仍达1.902亿美元，但公司持续在研发、航天器平台和基础设施方面投入巨资，显示出对未来增长的信心。Electron火箭全年成功执行了16次任务，成为美国发射频率第二高的轨道火箭，仅次于SpaceX。