編者：中噴網(wǎng) 墨宸

近日，中國科學(xué)院宣布一項(xiàng)重大航天技術(shù)突破：搭載于中科宇航“力鴻一號”遙一飛行器的微重力激光增材制造載荷，于1月12日在亞軌道飛行任務(wù)中成功完成太空金屬3D打印實(shí)驗(yàn)。這是我國首次基于火箭平臺實(shí)施的太空金屬增材制造返回式科學(xué)實(shí)驗(yàn)，標(biāo)志著中國金屬增材制造技術(shù)正式從“地面研究”邁入“空間工程驗(yàn)證”新階段，整體技術(shù)能力躋身世界領(lǐng)先水平。

本次實(shí)驗(yàn)的圓滿成功，離不開產(chǎn)學(xué)研力量的協(xié)同攻關(guān)。據(jù)了解，可回收科學(xué)載荷由中國科學(xué)院力學(xué)研究所自主研制，搭載中科宇航研發(fā)的“力鴻一號”遙一飛行器，從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心升空。當(dāng)飛行器攀升至約120公里高度、穿越卡門線進(jìn)入太空后，微重力激光增材制造設(shè)備在超過300秒的穩(wěn)定微重力環(huán)境中，自主完成了金屬部件的打印作業(yè)。1月12日，載荷艙經(jīng)傘降系統(tǒng)平穩(wěn)著陸回收，完整帶回了太空打印的金屬構(gòu)件及全過程實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為技術(shù)迭代積累了寶貴素材。

太空環(huán)境的特殊性，讓此次實(shí)驗(yàn)面臨多重世界級技術(shù)難題。微重力條件下材料難以穩(wěn)定輸運(yùn)與成形、全流程需實(shí)現(xiàn)閉環(huán)調(diào)控、載荷與火箭需達(dá)成高可靠協(xié)同，這些瓶頸長期制約著太空增材制造技術(shù)的發(fā)展。中科院力學(xué)所團(tuán)隊(duì)通過精準(zhǔn)設(shè)計(jì)與反復(fù)驗(yàn)證，成功攻克上述核心挑戰(zhàn)，不僅獲取了熔池動態(tài)特征、物料輸運(yùn)、凝固行為等關(guān)鍵過程數(shù)據(jù)，還驗(yàn)證了太空打印金屬件的成形精度與力學(xué)性能，為后續(xù)在軌制造技術(shù)突破奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

這項(xiàng)技術(shù)突破具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義與應(yīng)用價(jià)值。載荷研制團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人姜恒研究員指出，掌握太空金屬3D打印技術(shù)，能顯著提升航天器在軌維護(hù)與擴(kuò)展的自主性，大幅降低對地面補(bǔ)給的依賴，突破傳統(tǒng)火箭發(fā)射的尺寸與產(chǎn)能限制，推動航天器從“地造天用”向“天造天用”乃至“天造地用”轉(zhuǎn)變，為深空探測、空間站擴(kuò)建及月面基地建設(shè)等任務(wù)提供核心支撐。在商業(yè)航天領(lǐng)域，該技術(shù)已展現(xiàn)出強(qiáng)大潛力——中國航天科工集團(tuán)已利用3D打印技術(shù)提升氣體舵生產(chǎn)效率，藍(lán)箭航天、深藍(lán)航天等企業(yè)也將其應(yīng)用于火箭發(fā)動機(jī)制造，深藍(lán)航天發(fā)動機(jī)推力室85%以上零部件采用3D打印技術(shù)，大幅降低成本并提升性能。

作為本次任務(wù)的搭載平臺，“力鴻一號”飛行器的表現(xiàn)同樣亮眼。該平臺具備發(fā)射成本低、靈活性高、載荷可回收等優(yōu)勢，此次任務(wù)不僅驗(yàn)證了返回式載荷艙傘系氣動減速、子級返回精確落點(diǎn)控制等關(guān)鍵技術(shù)，更凸顯了其作為微重力實(shí)驗(yàn)平臺的可靠能力。“力鴻一號”遙一副總設(shè)計(jì)師王迎成表示，目前正開展廣泛測試，計(jì)劃為航天器加裝乘員生命維持系統(tǒng)和高可靠性逃生技術(shù)，未來其返回式載荷艙將升級為最長留軌時(shí)間不低于1年、可重復(fù)使用不少于10次的軌道級太空制造航天器，適配更高精度的在軌制造需求。

從行業(yè)發(fā)展視角看，太空金屬3D打印技術(shù)正成為航天領(lǐng)域的競爭焦點(diǎn)。當(dāng)前，機(jī)構(gòu)普遍看好3D打印成為商業(yè)航天最終加工解決方案，國金證券分析認(rèn)為，該技術(shù)能實(shí)現(xiàn)功能集成與輕量化，在航天領(lǐng)域的優(yōu)勢無可替代，方正證券則預(yù)測其可使火箭發(fā)動機(jī)等復(fù)雜部件成本降低1/5至1/3。我國此次突破，不僅填補(bǔ)了國內(nèi)太空金屬打印的技術(shù)空白，更在國際競爭中占據(jù)有利位置，對比NASA、SpaceX的技術(shù)路線，我國已形成多元技術(shù)支撐的發(fā)展格局，未來滲透率提升空間廣闊。

放眼未來，中科院力學(xué)所將與中科宇航深化合作，推進(jìn)“可重構(gòu)柔性在軌制造平臺”研制，拓展多材料一體化集成制造能力，依托可重復(fù)使用火箭平臺推動常態(tài)化太空實(shí)驗(yàn)。隨著技術(shù)不斷成熟，太空工廠、在軌資源循環(huán)利用等創(chuàng)新方向?qū)⒅鸩铰涞?，為我國載人登月、深空探測及超大型空間設(shè)施建設(shè)提供自主智能的制造支撐，書寫中國航天高質(zhì)量發(fā)展的新篇章。

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