从实验室到太空竞赛：墨尔本大学3D打印铜合金发动机实现5.4千牛推力突破

墨尔本大学工程专业学生与CSIRO Lab22的研究人员合作，成功点火测试了一台3D打印的再生冷却液体双组元火箭发动机。
这是首支在英国Race2Space国际学生火箭竞赛上完成这种设计测试点火的澳大利亚学生团队。
CSIRO表示，这是澳大利亚学生团队在该赛事中首次成功点火再生冷却液体火箭发动机。

这台名为Slinky的发动机，是墨尔本大学航空航天与火箭工程学会（ARES）毕业设计项目的成果。
航空航天与机械工程硕士生Jack Gardiner、Brooke Doolan和Stuart Davis与CSIRO国家增材制造中心Lab22合作制造了这台发动机。
Slinky重约6公斤，大小与一个大菠萝相当。
学生们于本月把发动机运到英国参加Race2Space竞赛。
它在一天之内完成了五次干净、稳定的热试车，包括节流测试，最大推力达到5.4千牛，与小型月球着陆器发动机的推力相当，并赢得了液氧（LOX）双组元推进剂类别的冠军。

这台发动机的工作原理是，把两种液体推进剂中的一种，在注入燃烧室燃烧之前，先循环通过燃烧室壁内的通道，给发动机降温。
这是专业液体推进中的标准做法，在学生项目中却极为罕见，因为管道系统的制造难度极高。
「现在通过3D打印，我们可以在燃烧室壁内构建通道，」CSIRO高级研究科学家兼团队负责人Cherry Chen博士说。
她将这种方法与传统上缠绕在燃烧室周围复杂的管道和管路布置进行了对比。
将冷却路径移至壁内提高了冷却效率，并消除了装配难题。

Lab22在位于维多利亚州克莱顿的Nikon SLM Solutions 280 2MA激光粉末床熔融系统上制造了这台发动机，并得到了iLAuNCH Trailblazer计划的支持。
材料选用铜合金，因其导热性能优异，适合高热通量环境。
Chen表示，Lab22为学生团队提供了材料选择、力学行为、面向增材制造的设计以及打印部件后处理方面的建议。
最终完成的硬件是一台完全集成的发动机，燃烧室壁内嵌有微冷却通道，安装在焊接钢制推力结构上，该结构专为与Airborne Engineering的设施对接而设计。

墨尔本大学计算力学讲席教授Richard Sandberg指导了该毕业设计项目，并将这一成果视为计算设计与增材制造相结合在学生项目周期内所能实现的有力证明。
他认为，这种从概念到测试的速度将更广泛地缩短工程开发周期并降低成本。
Davis表示，团队非常兴奋能站在计算工程的前沿，并展示其集成能力所能带来的成果。
Doolan称这一成果是ARES Rocketry的一大步，为更复杂的推进设计与制造开辟了道路，团队希望未来能将Slinky用于实际火箭飞行。

再生冷却并非新技术。
此前阻碍学生团队采用它的是制造难题：管束需要逐一钎焊，外套需要机加工后连接，每一条焊缝都是潜在的失效点，也是一项需要专门技能的工艺。
将冷却通道直接打印到壁内，用几何设计取代了这些手工劳动，这就是为什么一个三人毕业设计团队能够尝试通常只有专业项目才能涉及的方案，并在首次测试中就获得五次干净点火。

其他学生团队也正在接近同样的门槛。
2026年3月，爱尔兰的ULAS HiPR团队宣布了Lúin of Celtchar，据称这是爱尔兰共和国首台增材制造液体火箭发动机，这是一台燃烧IPA和笑气的2千牛发动机，由利默里克大学和Irish Manufacturing Research共同开发，并参加了同一场Race2Space 2026竞赛。
十年前，可比较的学生里程碑是UCSD的SEDS团队使用打印发动机飞行Vulcan-1，但完全没有再生冷却。
这些团队仍然需要的是他人的设备。
铜合金因其导热性能而成为这些部件的标准材料，但它在激光粉末床熔融工艺中仍然难以加工，这正是NMIS工程师今年早些时候展示铜火箭喷嘴冷喷涂工艺的原因。