美欲借3D打印技术摆脱俄制发动机依赖

　　据下一代政府网站10月23日报道，美国防部计划研发俄制发动机RD-180的替代方案。与此同时，美国挤压研磨公司和航空喷气·洛克达因公司正在通过3D打印技术建造发动机，该发动机可替代RD-180发动机，用于“宇宙神”-5火箭执行军事发射任务以及未来NASA载人航天发射任务。该发动机大部分部件将使用3D打印技术建造，由于3D打印技术可节省大量时间和成本，因而能加速RD-180替代方案的研发进程。

　　俄借限制RD-180火箭发动机出口对美实施“以牙还牙”式制裁

　　RD-180是俄罗斯的一款双燃烧室双喷嘴的火箭发动机，由RD-170系列衍生而来，与RD-170类似，RD-180也是共享涡轮泵。RD-180的使用权已被通用动力公司航天部门取得(后来易手给洛克·马丁)，上世纪90年代被用来开发改进型一次性运载火箭(EELV)和阿特拉斯运载火箭。考虑到这些火箭既要满足军用，又要用于商业发射，因此普惠公司也加入发动机合作项目。发动机的全部生产在俄罗斯进行，而负责出售的是发动机生产商动力机械科研生产联合体和普惠公司组成的合资公司。

　　RD-180火箭发动机以煤油和液氧为推进剂，使用高压分级燃烧循环。RD-180继承了先驱RD-170的富氧预燃室设计，使发动机效率更高。喷嘴的活动由四个液压缸支持。RD-180推力3827千牛、比冲3052米/秒。该发动机由美国联合发射联盟公司引进，用作“宇宙神”-5运载火箭的芯一级发动机，单价1100-1500万美元。“宇宙神”-5火箭是美国当前主力运载火箭，与“德尔它”-4火箭同属美国空军的改进型一次性运载火箭。二者均由联合发射联盟公司提供，共同承担着美国政府的重要卫星发射任务。

　　美国联合发射联盟公司曾宣称，美国进口俄制RD-180发动机已有15年的历史，期间从来没有发生过供应链中断问题，在世界航天领域被视为国际合作典范。虽然该发动机性能可靠、价格便宜、供货稳定，但事关美国国家安全的发射任务却依赖俄罗斯的发动机，一直都是美国政府的隐忧。随着乌克兰局势持续紧张，美国不断升级制裁措施。俄罗斯也不示弱，一度借威胁禁止俄制RD-180发动机用于美国航天发射任务来回击美国制裁。

　　由美国航天专家组成的一个委员会对于在不使用俄制RD-180发动机条件下的美国发射情况进行了展望。委员会发现，失去俄制RD-180发动机将会导致31项任务的延迟，损失多达50亿美元，另外还会对空军长期的国家安全发射合同竞争造成重要影响。鉴于“宇宙神”-5火箭在美国有效载荷发射任务中的重要地位，以及新型液体火箭发动机研制一般需要数年时间，寻找RD-180替代方案成为美国当前的一个紧迫事项。日前，美国空军发布信息征询，邀请美国相关航天企业共同思考，如何确保美国的卫星以及其他重要有效载荷的顺利发射。对此，美国主要的航天企业积极回应，并提出了发展新型火箭发动机技术、研制新型火箭等多种解决方案。

　　美为摆脱受制于人的局面全力开发RD-180发动机替代方案

　　第一个解决方案是，由联合发射联盟公司与蓝源公司合作研制BE-4液氧/甲烷发动机。今年9月17日，美国联合发射联盟公司宣布，将为蓝源公司的BE-4发动机研制项目投资(未说明具体金额)，以替代俄制RD-180。据悉，蓝源公司近3年来一直在研制BE-4发动机，相比其他公司可谓先行一步。BE-4发动机推力约2446千牛，采用甲烷作为燃料，成本较低。芯一级采用2台BE-4发动机的新型“宇宙神”-5火箭有望在2019年首飞。蓝源公司表示，选择甲烷而非煤油作为发动机的推进剂，是出于成本和可重复使用性的双重考虑。甲烷也就是液化天然气，比航天专用煤油便宜，燃烧残余物更少，这使得发动机更易于翻新和重复使用。蓝源公司创始人贝索斯透露，BE-4发动机将完全由美国设计和制造，利用计算机仿真和增材制造等最新技术。如果研制成功，BE-4不仅可用于“宇宙神”-5火箭，还可用于蓝源公司的未来可重复使用轨道运载器，在摆脱对RD-180依赖的同时，还能实现美国运载火箭主发动机的国产化。可谓一举两得。然而，目前两家公司合作研制甲烷发动机将面对大量的技术问题。同时，为适应甲烷推进剂，“宇宙神”-5火箭也需要一些适应性改进。