当阿尔忒弥斯II号任务中的猎户座飞船载着四名宇航员完成月球飞掠任务返回地球时,欧洲正悄然推进一项同样关键但更为务实的工程:通过大规模增材制造技术大幅降低火箭发动机的制造成本。该项目名为ENLIGHTEN,由欧盟“地平线欧洲”计划资助,其核心战略是依托人工智能与两种先进的金属3D打印技术,重塑欧洲航天动力系统的生产模式。
这一转型迫在眉睫。欧洲目前主要依赖“阿丽亚娜”和“织女星”两大火箭家族,但在全球商业航天市场,可重复使用运载火箭的崛起使得竞争日益激烈。由于欧洲内部机构订单有限,若要在开放的商业市场中立足,必须将发射成本降至极低水平。ENLIGHTEN项目正是从这一痛点出发,试图通过技术革新打破传统制造的成本壁垒。
项目聚焦的第一项关键技术是激光定向能量沉积(L-DED)。该技术利用激光在熔池中熔化金属粉末或焊丝,通过光学系统与工件的相对运动逐层堆积材料。由空客集团、弗劳恩霍夫激光技术研究所、IREPA激光公司及激光堆焊风险投资公司组成的联合体,计划将L-DED工艺扩展至完整喷管的全尺寸制造。目标包括实现每小时2公斤以上的沉积速率、壁厚低于1毫米的精密控制,并将制造周期大幅缩短,成本较传统方法降低50%。项目期间,该技术将从实验室验证迈向最终用途的硬件制造,显著提升技术成熟度。
更具挑战性的是第二项技术路线:多材料粉末床激光熔融(PBF-LB/M)。该工艺旨在同一部件中结合Inconel 718高温合金与Ti64钛合金。由于两种金属粉末无法通过磁性分离,团队采用差异化的粒径分布策略(Inconel小于36微米,钛合金大于45微米),配合交替的铺粉、激光扫描与吸尘循环。最终制成的部件重量可减轻30%,同时具备针对特定工况优化的机械性能,为火箭发动机轻量化提供了新路径。
然而,技术落地仍面临严峻挑战。L-DED工艺对操作人员的专业技能要求极高,且大型部件的制造周期漫长;金属粉末的生产与使用也带来了不可忽视的碳足迹。而在多材料PBF-LB/M领域,气孔、裂纹及层间剥离等缺陷仍是主要障碍,航空航天级的认证标准更是遥不可及。这些技术瓶颈的突破,将是项目成功的关键。
ENLIGHTEN项目的最终成果将是一个集成所有子系统的发动机测试平台。若各项数据指标得到验证,欧洲将拥有强有力的论据,证明其具备以3D打印技术进行火箭发动机规模化工业制造的能力。尽管前路漫长,但这标志着欧洲在航天制造自主可控道路上迈出了坚实一步。
