NASA和JOHNS HOPKINS APL将金属3D打印用于星际太阳能火箭

从研究人员约翰·霍普金斯大学应用物理实验室（APL）正在与NASA开发的技术用于太阳能火箭可能带来的星际空间探索更近了一步。

太阳能推进系统将不使用可燃燃料，而是利用太阳中的氢，将其加热，然后通过喷嘴喷出以产生推力。人们认为，太阳推进既可以加速到达更年期（太阳系边缘）的行程，又可以使探头的行程比以前想象的更远。据APL的科学家Jason Benkoski称，太阳能推进系统的效率大约是目前常规化学发动机的三倍。

本科斯基告诉《连线 》杂志：“我们希望制造出比以往任何时候都更快，更远，更靠近太阳的航天器。”

为此，APL科学家正在探索如何将金属3D打印用于火箭的隔热罩。根据Benkoski的说法，增材制造是隔热板开发的“关键组成部分”，同时材料科学也在不断发展。

星际探测器图形。图片来自Johns Hopkins APL。

距地球约110亿英里，距地球约110亿英里，是太阳作为热源的影响结束，星际空间开始的地方。旅行者1号和旅行者2号只有两个航天器离开了我们的太阳系，其最初任务是探索木星和土星。旅行者以每小时30,000英里的速度旅行，花了大约50年的时间才到达太阳系的边缘。

借助其新的太阳能推进系统，APL科学家希望大大加快这一旅程的时间，并进一步探索这一新领域。

为此，航天器必须难以置信地靠近太阳才能进行Oberth机动，这实际上将太阳变成了巨大的弹弓。当航天器绕着太阳回旋时，太阳的重力就像一个力的倍增器，当它发射引擎时会增加飞船的速度。在这种机动过程中，航天器越靠近太阳，它就会越快。

加强隔热罩

为了使航天器能够通过离太阳仅一百万英里的距离，科学家正在研究用于防护隔热罩的新材料。当常规发动机安装在火箭的末端时，太阳推进发动机将集成在航天器的护罩本身中。

防护罩由黑色碳泡沫制成，一侧涂有白色反光材料。当航天器在太阳旁经过时，它将吸收发出的氢进入其防护罩的脉管系统，然后将其从管道末端的喷嘴膨胀并爆炸，从而产生推力。

在执行任务期间，飞船将在大约4,500华氏度的温度下花费大约两个半小时，这促使科学家们探索了可以在外部涂覆的新材料，以更好地反射热能。该团队还必须研究如何防止热氢在防护罩内爆炸，并确定了一些可能适用于覆盖防护罩通道内部的材料。

增材制造在这些新材料的测试阶段中发挥了重要作用，科学家们能够在实验室中3D打印金属。

自2019年以来，NASA和APL就一直在研究星际任务的概念，并将于明年年底向美国国家科学院工程与医学学院的太阳物理学十年年代调查展示其研究成果，该研究确定了未来十年与太阳有关的科学优先事项。

太阳系和星际介质。图片来自Johns Hopkins APL。

NASA和3D打印太空

NASA一直采用3D打印技术来制造坚固的零件，以承受恶劣的太空环境，并已与众多近期合作伙伴建立了合作关系，以进一步推动这项技术的应用。

今年早些时候， 美国国家航空航天局（NASA）的马歇尔太空飞行中心 （MSFC）与 KULR技术集团 合作，开发了用于人员和自动太空应用的3D打印电池系统。不久之后，美国宇航局授予德克萨斯州的建筑公司 ICON 一份合同，为月球开发3D打印的非地球建筑系统。

从那以后，NASA通过其快速分析和制造推进技术 项目（RAMPT）开发了3D打印火箭发动机组件，该 项目可能在Artemis项目中发挥了作用，该项目使宇航员重返月球。同时，航空航天和国防承包商 洛克希德·马丁公司 与总部位于加利福尼亚的火箭建造公司相对论太空公司合作 ，为即将进行的NASA实验性  任务 提供3D打印弹丸。美国宇航局最近还透露了其毅力漫游车，该战机将于2021年2月在火星上降落，装备11个3D打印零件。

最近，NASA与ASTM International的卓越增材制造中心 （AM CoE）签署了一项合作协议， 该协议将使NASA找出AM CoE可以执行的潜在3D打印项目。 

ICON将作为NASA奥林巴斯计划的一部分，开发一种在月球上进行3D打印的新颖方法。图片来自ICON。