美国太空拖船发射升空，配备低成本3D打印无毒推进系统

北京时间2023年1月3日晚22时56分，猎鹰9号火箭从美国佛罗里达州卡纳维拉尔角太空军基地升空。一箭114星的“Transporter-6”任务开启了SpaceX公司、也是全球2023年第一次航天发射，据悉，这也是SpaceX的第6次小卫星拼单发射和第205次航天任务。

值得一提的是，本次任务还携带了4种不同的轨道转移飞行器（或称“太空拖船”），分别是：Launcher公司的Orbiter，Epic Aerospace公司的CHIMERA，Momentus公司的Vigoride和D-Orbit公司的 ION飞行器。

本文重点介绍Launcher公司的Orbiter。

Orbiter原来用于该公司正在开发的小型运载火箭LauncherLight的卫星部署系统，预计2024年首次发射。当SpaceX在2020年初宣布将开始在其猎鹰9号火箭上出售有效载荷空间时，Haot和Launcher团队意识到可以使Orbiter和其他发射平台兼容，决定跟踪并参与到猎鹰9号的拼车任务中。

Orbiter改变火箭共享发射中“一刀切”式的入轨方式，将每颗卫星送到更适合它的任务轨道。该飞行器可以携带重达400kg的有效载荷质量，提供90U的容积，并提供高达500m/s的速度变化，此外，还可以通过提供电力，通信和其他设施来支持有效载荷长期在轨运行。

Orbiter的报价为$5000-$25000/kg，由于Orbiter的附加成本比航天器拼车费用（$275K/50kg）加附加推进系统成本总和低，通过最大化到达其适当任务轨道后航天器减少的推进剂来延长航天器寿命，因此，降低了每个航天器的总体成本。

Orbiter配备了使用乙烷和一氧化二氮推进剂的化学推进系统，和传统MMH/NTO等空间推进系统相比，推进剂具有无毒、环保、长期贮存、低价和易操作等商业实用性，加上推进剂自增压不需要复杂的增压系统，发动机燃烧室采用3D打印的Inconel零件，大幅度降低了推进系统的成本。推进系统包括250lbf(1112 N)乙烷/一氧化二氮发动机，一氧化二氮单元姿控发动机，22L贮箱。

Launcher公司意识到，自己没有3D设备，低成本和高科技还是不可能实现。因此，购买了多台Velo3D公司Sapphire3D打印设备。不断进行更激进的设计和更高的性能，而不会浪费大量时间或花费大量金钱，因而，成本比其他火箭设计公司更低。

增材制造主管Berry以贮箱为例说明拥有3D打印设备的优越性：“寻找能够承受3,000psi压力的太空级贮箱加工，如果它们是定制的，您可能会听到八个月到两年的交货时间。在我们的这里，这不是一个选项，我们采用了基于我们可用工具进行设计加工。”

贮箱一开始使用Inconel打印零件，虽然它们表现相当不错，但Berry和团队开始寻找优化设计的方法。转向重量更轻的钛是显而易见的选择。Berry说“与最初的设计相比，我们已经将壁变薄了一点，但是一旦完成了前几次发射，可能会在继续挑战极限时进一步减少它们。”

参考文献

[1]Launcher Assembles Its First 3D Printed Spacecraft for Upcoming Mission - 3DPrint.com | The Voice of 3D Printing / Additive Manufacturing[EB/OL]. [2023-1-11].

[2]SpaceX launches 114 small satellites on first mission of 2023 – Spaceflight Now[EB/OL]. [2023-1-11]. 

[3]3D Printing Metal Components for Small Satellite Delivery Systems[EB/OL]. [2023-1-11]. 

[4]Updates - Launcher[EB/OL]. [2023-1-11].

图片来源：Launcher公司官网