以增材制造（3D打?。榇淼脑霾闹圃旒夹g(shù)正在以超乎想象的速度進(jìn)行快速普及。美國(guó)航空航天局（NASA）傾注大量資金探索在軌3D打印航天器零部件，可以帶來(lái)很多潛在影響：

      例如，由于可以實(shí)現(xiàn)先發(fā)射后建造，因此可減輕火箭的負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)一箭多星，以更少的發(fā)射次數(shù)和更低的發(fā)射成本實(shí)現(xiàn)更加快速的衛(wèi)星部署。此外，更加值得關(guān)注的是政府與企業(yè)間的商業(yè)合作模式，無(wú)論是美國(guó)軍方的“小企業(yè)創(chuàng)新研究”（SBIR）計(jì)劃，還是能源部不久前推行的“利用高性能計(jì)算促進(jìn)能源創(chuàng)新”（HPC4EI）計(jì)劃，“政府或軍方向企業(yè)開(kāi)放資源和技術(shù)，雙方共同出資完成項(xiàng)目”的項(xiàng)目合作管理方式已經(jīng)屢次見(jiàn)到，并被證明是快速實(shí)現(xiàn)技術(shù)轉(zhuǎn)化應(yīng)用的有效手段，遠(yuǎn)比我們常見(jiàn)的“資方出錢(qián)，工方出活”的粗放管理模式更具約束力和執(zhí)行力。

       利用3D打印技術(shù)在空間上執(zhí)行航天器零部件制造（美國(guó)航空航天局圖片）

       2019年7月17日，美國(guó)《復(fù)合材料世界》網(wǎng)站報(bào)道稱(chēng)，NASA已與美國(guó)太空制造公司（Made In Space）簽訂了一份價(jià)值7370萬(wàn)美元的合同，以驗(yàn)證一款名為“太空建筑師1號(hào)”（Archinaut One）的小型航天器在低空繞地軌道（LEO）上制造和裝配航天器部件的能力。利用在太空機(jī)器人制造和組裝技術(shù)，有可能成為美國(guó)實(shí)現(xiàn)探測(cè)月球、火星計(jì)劃的重要組成部分。

       這份合同是NASA“爆點(diǎn)招標(biāo)”計(jì)劃（Tipping Point solicitation）第二階段啟動(dòng)合作的開(kāi)始。在“爆點(diǎn)招標(biāo)”計(jì)劃中，NASA將與企業(yè)合作完成研發(fā)項(xiàng)目，并提供資金和技術(shù)支持。參與項(xiàng)目的企業(yè)，至少也須承擔(dān)項(xiàng)目總成本的25％。

     “太空建筑師1號(hào)”（左）和工作模擬示意圖（右）（美國(guó)航空航天局圖片）

       預(yù)計(jì)“太空建筑師1號(hào)”將于2022年隨新西蘭火箭實(shí)驗(yàn)室公司（Rocket Lab）的“電子”火箭發(fā)射升空。一旦它抵達(dá)低空繞地軌道，該航天器就將在航天器兩側(cè)分別3D打印

       一個(gè)長(zhǎng)達(dá)32英尺（10米）的翼梁。隨著制造過(guò)程的發(fā)展，每個(gè)翼梁上將展開(kāi)2個(gè)太陽(yáng)能電池陣列，根據(jù)相關(guān)報(bào)道，這種太陽(yáng)能電池陣列發(fā)電產(chǎn)生的功率比裝有同等尺寸傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池板航天器強(qiáng)5倍。

長(zhǎng)達(dá)32英尺（10米）的翼梁概念圖（美國(guó)航空航天局圖片）

       NASA太空技術(shù)任務(wù)理事會(huì)副主任吉姆·羅伊特表示，太空機(jī)器人制造和組裝技術(shù)毫無(wú)疑問(wèn)將改變游戲規(guī)則和未來(lái)太空探索的基本能力。通過(guò)率先開(kāi)發(fā)這種變革性技術(shù)，美國(guó)將繼續(xù)保持其在太空探索方面的領(lǐng)導(dǎo)地位。NASA計(jì)劃將宇航員再次送上月球，隨后將繼續(xù)前進(jìn)到火星探索。

       這些潛在變革性技術(shù)可能帶來(lái)的好處包括：

       ——實(shí)現(xiàn)通信天線(xiàn)、大型太空望遠(yuǎn)鏡和其他復(fù)雜結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)程空間構(gòu)造；

       ——使小型衛(wèi)星能夠部署目前為大型衛(wèi)星預(yù)留的大面積電力系統(tǒng)和反射器；

       ——消除火箭對(duì)航天器體積的限制；

       ——通過(guò)代替宇航員執(zhí)行一些任務(wù)，來(lái)避免宇航員太空行走的風(fēng)險(xiǎn)。

      太空制造公司于2016年開(kāi)始在“太空建筑師”（Archinaut）中進(jìn)行了地面演示驗(yàn)證，并在艾姆斯研究中心的熱真空室中成功地3D打印了結(jié)構(gòu)翼梁，該實(shí)驗(yàn)室是可模擬空間條件的獨(dú)特設(shè)施。

     “太空建筑師”團(tuán)隊(duì)包括太空制造公司、諾格公司和NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室。NASA在空間技術(shù)任務(wù)理事會(huì)籌劃的技術(shù)示范任務(wù)計(jì)劃使突破性技術(shù)逐漸成熟，并轉(zhuǎn)化擴(kuò)展形成任務(wù)能力，為政府和商業(yè)航天探索太空應(yīng)用。該計(jì)劃由NASA馬歇爾太空飛行中心主管。

      延伸介紹：

      新西蘭火箭實(shí)驗(yàn)室公司

      該公司是由新西蘭人彼得·貝克于2006年創(chuàng)立的私人公司，其主營(yíng)業(yè)務(wù)是“通過(guò)頻繁向低空繞地軌道提供發(fā)射服務(wù)，快速部署低空繞地軌道微小型衛(wèi)星消除商業(yè)航天的障礙，降低小型衛(wèi)星、立方星的發(fā)射成本”。2015年10月，NASA向火箭實(shí)驗(yàn)室授予了一份價(jià)值6．95億美元的創(chuàng)業(yè)級(jí)發(fā)射服務(wù)合同，用于驗(yàn)證利用“電子”（Electron）火箭將立方星送入低空繞地軌道。洛？馬公司和一些其他渠道也對(duì)此項(xiàng)研究提供了額外資金，這使得火箭實(shí)驗(yàn)室估值超過(guò)10億美元。

      值得注意的是，火箭實(shí)驗(yàn)室以500萬(wàn)美元的價(jià)格推出了專(zhuān)門(mén)的（面向單一客戶(hù)）發(fā)射服務(wù)，相比之下，SpaceX公司的獵鷹－9的發(fā)射費(fèi)用則高達(dá)6200萬(wàn)美元。此外，火箭實(shí)驗(yàn)室還承諾，將“隨時(shí)隨地”提供專(zhuān)門(mén)交付服務(wù)或相乘服務(wù)，該價(jià)格在微小型衛(wèi)星發(fā)射市場(chǎng)擁有很強(qiáng)的吸引力。

    “電子”（Electron）火箭

   “電子”是由火箭實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的一款運(yùn)載火箭，高17米，直徑1．2米，它的設(shè)計(jì)目標(biāo)是可將150千克（最大值225千克）的負(fù)載運(yùn)送到距離地面500千米太陽(yáng)同步低空繞地軌道。

“電子”火箭主要結(jié)構(gòu)全部由碳纖維復(fù)合材料制成（新西蘭火箭實(shí)驗(yàn)室公司圖片）

       這款火箭最大的特點(diǎn)是所有的主要結(jié)構(gòu)——包括負(fù)載衛(wèi)星的整流罩等，均由碳纖維復(fù)合材料構(gòu)成，火箭實(shí)驗(yàn)室具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的材料和制造工藝。此外，“電子”火箭和它配備的盧瑟福發(fā)動(dòng)機(jī)，是為快速擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模而設(shè)計(jì)的，包括完成了先進(jìn)復(fù)合材料和先進(jìn)制造工藝的垂直整合。其快速擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模和速度的關(guān)鍵，就是在盧瑟?；鸺l(fā)動(dòng)機(jī)制造過(guò)程中廣泛使用增材制造工藝。九臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)用于“電子”火箭的一級(jí)推進(jìn)器，一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)用于火箭的第二級(jí)推進(jìn)。火箭發(fā)動(dòng)機(jī)使用增材制造的鈦合金和高溫合金。

“電子”火箭一級(jí)推進(jìn)器附近采用了是九臺(tái)盧瑟福發(fā)動(dòng)機(jī)。