全球首次学生团队液体RDRE点火成功,金属AM解锁火箭发动机下一代技术
瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)的ARIS瑞士学生航天项目Pegasus团队成功点燃了一台使用液体推进剂的旋转爆震火箭发动机(RDRE),并在瑞士迪本多夫机场的一次夜间测试中记录到了稳定的爆震波。这一成就是由20人组成的Pegasus团队在2026年4月初取得的,使学生团队跻身罕见的行列:全球仅约十几个国家开发并测试过此类发动机,且此前没有其他学生团队成功演示过稳定运行的液体燃料RDRE。

ARIS的Pegasus项目经理Jan Hofstetter表示,这一结果是近一年集中开发的产物。设计发动机喷注器的21岁机械工程三年级学生Mattia Röösli解释了实现这一目标的方法。Röösli强调,首先要做的就是画草图并在团队中讨论,其他人会指出尚未考虑的问题,然后继续计算和绘图,将大问题拆解成小问题直到它们变得可解。他还表示:「你不需要在学习了两年后拥有非凡的天赋才能开发出火箭发动机。一步一步来,互相帮助。」Röösli还反驳了过度准备的观点,认为在开始之前就能完全理解这个主题是一个错误,因为有太多未解的问题。当第一批原型摆在桌上时,新的挑战又变得明显了。
Pegasus喷注器由Röösli作为ETH Zurich「焦点项目」课程的一部分开发。金属3D打印使团队能够快速从草图计算过渡到物理硬件。六边形燃烧室大约餐盘大小,采用铜质3D打印制成,同时喷油器也经过多次原型迭代。喷注器必须在不到一毫秒的时间内混合并输送丙烷和液氧,一个计算错误就可能导致爆震波传播回供应管路。Röösli通过迭代草图、团队评审、计算和原型制作解决了这个问题,然后才推进到打印金属零件。

测试本身需要两次点火尝试。第一次在晚上七点过后,点火成功但未确认爆震波。团队检查了传感器数据,调整了丙烷流量参数,并在近九点时再次点火。这一次,压力波震动了控制小屋的门,高速摄像机确认了三道不同的旋转爆震波。结果得到了在安全围栏外与摄像机旁同事实时观看录像的确认。


该发动机燃烧丙烷和液氧,其核心是采用金属增材制造(金属AM)制造的喷注器。RDRE技术与传统火箭发动机的不同之处在于,燃料并非稳定燃烧,而是爆震,产生一道超音速波,该波以高达每秒20,000转的速度在环形燃烧室内持续旋转。这种爆震循环产生的压力和温度显著高于稳态燃烧,从而能更完全地提取燃料中的能量。与传统发动机相比,其理论效率提升估计为10%到20%,考虑到燃料占火箭总发射重量的80%到90%,这一提升幅度意义重大。RDRE预计比使用相同燃料量的传统燃烧发动机多提供10–20%的功率,由此产生的压力和温度对材料提出了严苛要求,但这一限制恰好是3D打印铜的优势所在,它能够实现传统制造无法实现的几何复杂度。
Pegasus发动机部分是在ETH Zurich的「焦点项目」课程中制造的,该课程为期两个学期,由5到10名学生组成的团队设计和制造一个可工作的产品;部分则通过赞助和工业实物支持完成。该团队还得益于与一家商业RDRE初创公司毗邻,该公司同样位于迪本多夫的ETH机库内,其工程师与之前ARIS项目团队传承下来的指导一起,提供了非正式的技术指导。
Pegasus成果的意义超越了当下的里程碑。RDRE已引起NASA、波兰国家实验室和日本航天机构持续的研究兴趣,日本航天机构是唯一在太空中成功点火此类发动机的组织。Röösli表示,即使是本科生也能接触到RDRE研究的前沿。
Pegasus喷注器是更广泛模式的一个例子:在行业各个层面的RDRE项目中,金属AM已成为从概念到工作硬件的关键使能步骤。这些发动机所需的几何结构——高公差喷注器、集成冷却通道、复杂流道——无法通过传统加工可靠制造,使金属AM成为功能上的先决条件而非设计偏好。
Astrobotic通过其Chakram RDRE项目也得出了同样的结论。该项目中,与Elementum3D联合开发的专利孔隙率控制打印工艺成为喷注器设计和热管理的基础。该发动机在NASA马歇尔太空飞行中心累计运行时间超过470秒,包括一次持续300秒的连续燃烧,被认为是RDRE有记录以来最长的单次运行——其首席研究员将此直接归因于增材制造在结构上实现的可能性。
Venus Aerospace在组件层面也建立了相同的联系。该公司将NASA SBIR资助的、采用激光粉末床熔融(LPBF)技术制造的喷嘴(使用GRCop-42和GRX-810合金)集成到其高超音速RDRE平台中,旨在实现未来着陆器和轨道转移飞行器的飞行集成。该喷嘴的内部冷却通道和喷注器孔口无法通过其他任何方式制造。
模式是一致的:在RDRE从图纸走向硬件的过程中,金属AM一直是关键的使能步骤。ETH Zurich的成果将学生制造的硬件添加到包括商业企业和NASA支持项目在内的名单中。


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