是否會(huì)有3D打印的自噬Autophage導(dǎo)彈？

南極熊導(dǎo)讀：一年前，格拉斯哥大學(xué)首次公開(kāi)展示了“自噬”（Autophage）火箭發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目的進(jìn)展，該項(xiàng)目旨在通過(guò)創(chuàng)新技術(shù)顯著提高火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。這些基于聚合物的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)能夠按照預(yù)定的順序自我消耗。通過(guò)精心優(yōu)化結(jié)構(gòu)，發(fā)動(dòng)機(jī)利用熔化的聚合物組件（這些組件原本作為結(jié)構(gòu)部件）來(lái)增強(qiáng)液體推進(jìn)劑的效果，從而在火箭推進(jìn)過(guò)程中發(fā)揮作用。

這種火箭可以更小、所需材料更少、飛行距離更遠(yuǎn)。隨著推進(jìn)所需升力的減少，此類(lèi)系統(tǒng)的整體效率和性能將得到大幅提升。

△X-Bow工程師正在工作

3D打印固體燃料火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

隨著航天技術(shù)的不斷進(jìn)步，美國(guó)正尋求新的設(shè)計(jì)方向以提升國(guó)防航天能力。在現(xiàn)有庫(kù)存逐漸耗盡的背景下，固體燃料火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展成為了一個(gè)焦點(diǎn)。這一技術(shù)不僅能夠增強(qiáng)現(xiàn)有的火箭系統(tǒng)，同時(shí)也為新一代火箭的開(kāi)發(fā)提供了強(qiáng)大的動(dòng)力支持。

在這一領(lǐng)域，Xair Robotics自2015年起就一直處于領(lǐng)先地位，率先將3D打印技術(shù)應(yīng)用于固體燃料火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的制造中。公司通過(guò)創(chuàng)新的制造方法，大大提高了火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)效率和性能。

另一家創(chuàng)新型企業(yè)X-Bow，成立于2016年，已經(jīng)與NASA以及多個(gè)航天機(jī)構(gòu)建立了緊密的合作關(guān)系。這家公司致力于大規(guī)模生產(chǎn)低成本的固體燃料火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，通過(guò)突破性的制造工藝，為航天領(lǐng)域帶來(lái)了革命性的變化。與此同時(shí)，F(xiàn)irehawk Aerospace采取了獨(dú)特的研發(fā)路徑，專(zhuān)注于利用專(zhuān)有的材料擠壓技術(shù)制造混合火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。它們的創(chuàng)新方法為固體燃料火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的性能提升提供了新的可能性。

在眾多參與者中，Ursa Major已經(jīng)脫穎而出，成為固體燃料火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的佼佼者。它最近贏得了美國(guó)海軍開(kāi)發(fā)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的重要合同。

導(dǎo)彈制造能力差距

美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室和相關(guān)組織一直在推廣“盒子里的火箭工廠”概念，旨在通過(guò)本地化生產(chǎn)提高導(dǎo)彈制造的效率和補(bǔ)充軍火庫(kù)。盡管這項(xiàng)技術(shù)主要用于補(bǔ)充軍火庫(kù)和提高生產(chǎn)效率，但更深遠(yuǎn)的意義在于實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈的本地化生產(chǎn)。美國(guó)目前無(wú)法生產(chǎn)足夠的導(dǎo)彈來(lái)應(yīng)對(duì)大量潛在目標(biāo)，導(dǎo)彈消耗數(shù)量將超出現(xiàn)有導(dǎo)彈庫(kù)存。無(wú)人機(jī)的廣泛使用也加劇了這一問(wèn)題。美國(guó)在手持導(dǎo)彈、防空導(dǎo)彈和巡航導(dǎo)彈等領(lǐng)域的生產(chǎn)能力不足。

3D打印技術(shù)能夠有效地生產(chǎn)不同規(guī)模和數(shù)量的導(dǎo)彈，通過(guò)使用替代材料來(lái)減少對(duì)稀缺資源的依賴(lài)，并允許在主要基地現(xiàn)場(chǎng)制造，從而提高導(dǎo)彈生產(chǎn)的靈活性和效率。

雷神工程師正在檢查一臺(tái)采用3D打印機(jī)身的小型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)

3D打印導(dǎo)彈

雷神公司等企業(yè)正在積極研究利用3D打印技術(shù)制造完整的導(dǎo)彈，涵蓋從電子設(shè)備、外殼、支柱、彈頭、傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)、控制面、雷達(dá)組件、射頻組件、液壓系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、執(zhí)行器、主發(fā)動(dòng)機(jī)，到尾翼和導(dǎo)引頭的小型發(fā)動(dòng)機(jī)、萬(wàn)向架、線路、減震器等幾乎所有部件。這種全面的3D打印方法不僅提升了生產(chǎn)速度和效率，還帶來(lái)了諸多額外的優(yōu)勢(shì)。

零件的整合和重量的減輕是最顯著的好處之一。許多部件可以實(shí)現(xiàn)多功能設(shè)計(jì)，例如，電池外殼同時(shí)充當(dāng)電池的功能。3D打印技術(shù)使保形部件的尺寸大大減小，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)特定的增強(qiáng)功能，如更高效的液壓系統(tǒng)或改進(jìn)的彈頭設(shè)計(jì)。因此，目前美國(guó)3D打印導(dǎo)彈的商業(yè)潛力巨大，應(yīng)用前景可與植入物技術(shù)相媲美。

雷神公司3D打印的演示導(dǎo)彈

3D打印優(yōu)勢(shì)

僅就一個(gè)部件（例如用于導(dǎo)彈翼片控制的伺服閥）而言，這些優(yōu)勢(shì)就揭示了 3D 打印在導(dǎo)彈設(shè)計(jì)方面的革命性潛力：

*性能增強(qiáng)：
-更加高效。
-響應(yīng)更快。
-減輕質(zhì)量。
-流動(dòng)性更好。
-精度更高。
-可靠性更高。
-專(zhuān)門(mén)針對(duì)該導(dǎo)彈的需要而定制，而不是通用或跨應(yīng)用的設(shè)計(jì)。

*生產(chǎn)和集成優(yōu)勢(shì)：
-保形或部分保形設(shè)計(jì)，以精確適應(yīng)導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)。
-在特定位置按需生產(chǎn)。
-提高產(chǎn)量以滿足需求。
-與鑄造或鍛造相比，交貨時(shí)間大大縮短。
-提高購(gòu)買(mǎi)飛行比，最大限度地減少材料浪費(fèi)。

*經(jīng)濟(jì)及勞動(dòng)力優(yōu)勢(shì)：
-減少在生產(chǎn)和最終組裝過(guò)程中對(duì)手工勞動(dòng)的依賴(lài)。
-更小的生產(chǎn)占地面積。
-減少工具和備件的資本支出。

*設(shè)計(jì)協(xié)同作用：
-集成功能（例如，外殼可兼作電池）。
-通過(guò)進(jìn)一步減少零件數(shù)量，產(chǎn)生連鎖效應(yīng)，降低整體重量。
-這些優(yōu)勢(shì)不僅限于伺服閥。它們還擴(kuò)展到射頻組件、執(zhí)行器、接線等。這種創(chuàng)新水平預(yù)示著導(dǎo)彈設(shè)計(jì)的革命，實(shí)現(xiàn)了前所未有的性能、效率和適應(yīng)性。

自噬導(dǎo)彈系統(tǒng)

南極熊有個(gè)大膽的想法，將這些優(yōu)勢(shì)應(yīng)用于導(dǎo)彈的多個(gè)部分——甚至可能將某些部件或幾乎整個(gè)導(dǎo)彈改造成自噬系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)不僅能執(zhí)行上述所有功能，還能使諸如閥門(mén)等元件在使用過(guò)程中充當(dāng)燃料。潛在影響是巨大的：除了性能的顯著提升外，這種自噬系統(tǒng)還能確保導(dǎo)彈在使用后不會(huì)留下任何痕跡，從而防止敵方追蹤。

然而，實(shí)現(xiàn)完全燃燒，特別是在使用鎳基或鈦等高性能合金材料時(shí)，是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。那么，如果整個(gè)火箭都采用塑料（例如ABS或PEEK）材料制成呢？這種材料不僅減輕了重量，還大大簡(jiǎn)化了制造過(guò)程。當(dāng)然，這種創(chuàng)新也引發(fā)了一個(gè)問(wèn)題：它是否可能會(huì)無(wú)意中加速導(dǎo)彈的擴(kuò)散，因?yàn)镕DM桌面3D打印機(jī)的普及可能會(huì)使得生產(chǎn)導(dǎo)彈部件變得更加容易。