钛替代镍基合金减重44%，Skyrora用自研混合DED打印验证火箭发动机轻量化新路径

英国发射企业Skyrora刚完成了一款3.5kN低地球轨道发动机的热试车。

这台发动机用了一个由欧盟资助的MADE-3D项目开发的钛涂层部件。
试车在苏格兰Midlothian的设施里进行，也标志着这家公司在MADE-3D联盟中的工作收官。
MADE-3D联盟由地平线欧洲计划资助，汇集了研究机构和工业合作伙伴，目标是为航天应用开发多材料增材制造工艺。

发动机上那个钛涂层部件，主要为了应对火箭发动机点火时严苛的热环境。
Skyrora用自有的Skyprint 2混合定向能量沉积（DED）3D打印机，把钛层沉积到部件上。
和原来的镍基合金相比，钛合金让发动机部件轻了大约44%。

为了验证可不可靠，他们做了六次实际点火测试。
测试前后的X射线检测显示，改进后的部件没有损伤，在发动机运行产生的温度和载荷下，表现符合预期。

测试也验证了制造工艺本身，Skyrora说这个工艺适用于未来的推进系统。
Skyrora的设计与测试工程师乔丹·麦考密克说，「把有前景的技术从实验室推到实际运行环境并证明性能，是先进制造领域最大的挑战之一。」

MADE-3D探索的工艺路径，和传统制造不太一样。
它允许在单一制造过程中把多种材料组合到一个部件里，工程师可以针对零件不同部分定制强度、重量或热性能。
联盟认为，对运载火箭来说，这可以在提高发动机效率的同时，降低制造复杂性。

Skyrora在整个项目里贡献了火箭推进、增材制造和发动机测试方面的经验。
完成热试车，标志着它在MADE-3D里的技术角色收官，也为后续推进系统开发提供了支持。

Skyrora在苏格兰西海岸的Machrihanish试验场，刚刚完成了一次45秒的静态热试车。
试车对象是一枚缩比版Skyrora XL轨道运载火箭。
初步数据表明，所有子系统在整个测试期间都表现正常。

这枚测试飞行器要验证的，是完整版Skyrora XL计划采用的子系统，以及和它们相似的部件方案。
点火过程中，工程师采集了增压系统、推进剂流量和燃烧室压力这些关键参数。
团队正在分析结果，随后还会进行第二次试验。

Skyrora的研发思路有点意思。
他们没有把每个子系统单独测完再拼到一起，而是尽早测、频繁测，在放大尺寸之前，先把各个子系统集成起来做测试。
缩比状态下运行集成系统，能让工程师在项目早期就发现问题，改起来更快，成本也更低。
同时，这样的试验也提前积累了性能验证数据，用于后续更大规模、更有挑战性的测试，以及最终集成到完整火箭上。

首席运营官杰克·詹姆斯·马洛博士说，「这款缩比版XL系统让我们能够把技术、子系统和部件集成在一起测试和验证，了解它们的性能表现，在放大到完整飞行器之前进行改进。方法很简单，就是测试、学习、改进、再测试，这样当Skyrora XL真正登上发射台时，我们的信心就建立在充分的证据上了。」

那这些发动机到底怎么造出来的呢？
Skyrora的新闻稿没有明说这枚缩比测试飞行器是否使用了3D打印硬件，但他们大部分推进系统项目，都依靠自己的3D打印机制造。
核心设备是一台叫Skyprint 2的混合3D打印机，Skyrora说这是欧洲最大的混合3D打印机。
它可以为运载火箭制造长达2.3米的大型发动机部件，兼容Inconel，一种在高温下性能很稳的镍基高温合金。

Skyprint 2被用来生产70 kN发动机，据报道能让生产时间缩短66%，成本降低20%。

Skyrora还在跟苏格兰国家制造研究所合作，对这台打印机、材料和加工工艺做资质认证。
认证完成以后，第三方也可以把Skyprint 2投入商业使用。

2025年的太空通信博览会上，业务发展主管德里克·哈里斯说，70 kN发动机里70%到80%由内部打印完成，包括燃烧室和燃气发生器。
一级主发动机一共九台，其中六台已经打印完了。

新材料方面，Skyrora也有动作。
在欧洲航天局的通用支持技术计划下，他们牵头研发Tanbium合金，一种和Metalysis、Thermo-Calc Solutions合作开发的高温合金，并在Skyprint 1和Skyprint 2的定向能量沉积平台上进行3D打印。

先小规模测试，再大规模制造。
Skyrora的目标是在造全尺寸硬件之前把风险降下来。
因为发动机可以内部打印，每次试车得到的经验教训，都能很快转化成新的部件。

Skyrora正在开发Skyrora XL，一款用于小型卫星的三级轨道运载火箭。
同时也在开发Skylark L亚轨道飞行器，以及自己的增材制造能力。
2025年，Skyrora成为首家拿到英国民航局发射运营商执照的英国运载火箭制造商，获准从苏格兰的SaxaVord航天港进行Skylark L的亚轨道发射。

把金属增材制造用到火箭发动机轻量化上，不止Skyrora一家。
NASA的长寿命增材制造组件项目，也就是LLAMA，在马歇尔航天飞行中心对一款DED打印的铜合金燃烧室和一个铁镍超合金喷管进行了23次热试车，确认这些部件能承受飞行条件下的极端高温。
和Skyrora的试车类似，LLAMA也用了混合DED制造金属发动机硬件，并通过反复点火来验证。
不过它的目标，是削减未来月球和火星任务的硬件制造时间和成本。

美国航天公司Launcher也在扩大E-2火箭发动机对金属增材制造的使用。
在NASA斯坦尼斯航天中心完成推力室组件热试车里程碑后，它添了一台来自金属增材制造公司Velo3D的Sapphire打印机，能处理钛材料，用来为发动机制造轨道器压力容器。
和Skyrora一样，Launcher的钛合金增材制造也和热试车里程碑直接挂钩，不过它针对的目标是压力容器。

迪拜有一家公司叫LEAP 71，走的路径也类似，不过他们用AI设计发动机来取代传统工程设计。
他们对两台20 kN甲烷液氧发动机做了热试车，一款钟形喷管，一款气尖式喷管，都面向轨道运载火箭。
从初始规格到点火，只用了不到三周时间。
过去18个月里，他们大约每个月测一台发动机，而且每次都故意改变设计，以探明物理模型的极限，再把结果反馈到下一轮迭代里。
20 kN这个级别，大约占LEAP 71计划在2026年测试推力的10%。

在美国，New Frontier Aerospace也完成了增材制造发动机的系列热试车，名字叫Mjölnir，采用全流量分级燃烧循环。
这个项目由美国国防创新部门下属的国家安全创新资本提供种子资金，NASA则为持续测试系列提供资助。
他们的计划，是先在试验台上把发动机性能验证透，再集成到Pathfinder高超声速垂直起降飞行器和Bifröst轨道转移飞行器里。

这几个案例放在一起，能看到3D打印让发动机制造变得很快，而反复点火测试则验证它们是不是已经具备装到完整火箭上的条件。
先打印，再点火，不合格就改，这种节奏正在改变航天硬件从图纸到发射台的路径。
在这些项目里，金属增材制造正在从孤立的演示验证，走向经过点火测试并重新鉴定的发动机硬件。
重量和成本，各自为更强大的推进硬件提供了一条不同的实现路径。