金屬3D打印旋轉爆震發動機，連續燃燒300秒

2026年5月2日，南極熊獲悉，總部位于匹茲堡的太空機器人和月球物流公司Astrobotic已完成“查克拉姆”（Chakram）旋轉爆震火箭發動機的熱試車，增材制造技術在這一里程碑式的成果中發揮了關鍵作用。

兩臺原型機在位于阿拉巴馬州亨茨維爾的NASA馬歇爾太空飛行中心成功完成了 八次測試，累計運行時間超過470秒，其中包括一次長達300秒的連續燃燒，據信這是旋轉爆震火箭發動機有史以來最長的連續燃燒記錄。

PermiAM：Chakram背后的增材制造技術

Chakram項目的核心是PermiAM，這是一種由Astrobotic和Elementum3D聯合開發的專利金屬增材制造技術，能夠實現打印金屬部件內部孔隙率的可調性。精確控制材料的孔隙率對熱管理、燃燒穩定性和推進效率有著直接的影響，而這三項正是RDRE設計中最具挑戰性的工程難題。

支持該計劃的 NASA SBIR合同專門針對新型噴射器設計以及 PermiAM 在 RDRE 組件中的應用，使增材制造不再是邊緣貢獻，而是基礎貢獻。結果印證了這一基礎。每個原型機都產生了超過4000磅的推力，使“查克拉姆”躋身迄今為止演示過的最強大的RDRE（反應堆推進式發動機）之列，幾乎所有熱試車都達到了熱穩態，這是發動機穩定、持續運行的標志。

△美國宇航局位于阿拉巴馬州亨茨維爾的馬歇爾太空飛行中心（MSFC）成功完成了“查克拉姆”旋轉爆震火箭發動機（RDRE）的熱試車。圖片來自Astrobotic公司。

RDRE 的獨特之處

與通過連續穩態燃燒推進劑的傳統火箭發動機不同，旋轉爆震火箭發動機（RDRE）利用圍繞環形燃燒室旋轉的超音速爆震波。這一過程能夠從相同燃料中提取更多可用能量，使比沖提高高達15%，推重比更高，并且整體發動機體積更小、重量更輕。一直以來，挑戰在于如何穩定地控制這些爆震波，使其具備實用性，而查克拉姆的測試活動恰恰證明了這一點。

Astrobotic公司Chakram項目首席研究員布萊恩特·阿瓦洛斯（Bryant Avalos）表示：“Chakram發動機的表現遠超我們的預期。對于任何像RDRE這樣的尖端技術，從設計到測試的整個過程中，我們總會擔心一些可能對性能產生關鍵影響的未知因素。但這款發動機的表現甚至比預期還要出色。300秒的燃燒更是錦上添花。像這樣的演示表明，RDRE技術可以支持Astrobotic公司的多種任務，從未來月球著陸器的推進系統到在軌轉移飛行器，以及其他有助于拓展地月空間作業能力的應用。”

△高速攝影照片顯示了Astrobotic公司Chakram熱火測試中的爆炸波。照片由Astrobotic公司提供。

后續步驟和未來應用

Astrobotic計劃將Chakram技術應用于即將推出的多個飛行器，包括Griffin級月球著陸器、Xodiac級和Xogdor級可重復使用火箭，以及正在研發中的軌道轉移飛行器。項目的下一階段將重點關注再生冷卻、節流和質量減輕，PermiAM的熱管理能力預計仍將是這項工作的核心。

Chakram項目聯合研究員莫妮卡·特勞普曼說道：“這次測試活動取得了巨大的成功，我們實現了所有既定目標。這些測試數據為下一階段的 RDRE研發奠定了堅實的基礎，并將有助于指導未來的發動機設計。我對這項技術的未來發展充滿期待。”

增材制造發動機應用案例

幾十年來，旋轉爆震火箭發動機主要停留在紙面上。燃燒環境、超音速爆震波、極高的熱通量以及快速循環的壓力，使得傳統的機械加工難以滿足硬件要求。增材制造改變了這一切。它能夠制造出其他方法無法實現的復雜集成結構，例如冷卻通道、流道和噴射器噴嘴，并可搭配能夠承受旋轉爆震火箭發動機內部嚴苛環境的先進合金，從而效率遠超傳統的化學火箭發動機。

Astrobotic并非唯一一家以此為基礎的公司。美國宇航局馬歇爾太空飛行中心的RDRE項目也采用了激光粉末床熔融技術，并結合GRCop-42和GRX-810合金，制造出具有傳統加工工藝無法復制的壁面幾何形狀和冷卻結構的推力室。液體推進工程師托馬斯·蒂斯利稱，正是這些硬件使得RDRE項目得以實際應用。

2025 年 4 月，Venus Aerospace 將 NASA SBIR 開發的激光粉末床熔融噴嘴集成到 RDRE 平臺中，首席技術官稱打印組件已準備好集成到未來的著陸器、軌道轉移飛行器和高超音速無人機中。

Astrobotic 的Chakram 活動圍繞專有的 PermiAM 孔隙率控制工藝展開，現在又增加了據稱是記錄中最長時間的持續 RDRE 燃燒，這為不斷增長的證據庫增添了新的內容。

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