​人类与太空的关系正在发生了巨大的变化，曾经遥不可及的广阔空间现在是技术、工业、医学甚至旅游业的下一个前沿。航天事业是人类历史上最为复杂的系统工程之一，它的发展取决于整个科技水平的发展。它将影响这整个现代科学技术领域的发展，同时对于现代科学技术的各个领域提出了新的发展要求，从而可促进和推动整个科学技术的发展，是当今各国综合国力的直接体现。

3D打印（增材制造）基于本身的特点和优势，将进一步帮助航天事业的向前发展，协助太空探索，3D打印技术在航天领域的优势体现在：

 

突破传统设计思维与制造的局限性，为设计人员提供更大的设计自由度；

优化零件流道流动性能，为燃料和冷却剂通过多腔道/多流道分配提供新的可能性；

降低零件装配错误风险，提高产品的质量稳定性、一致性；

减少加工步骤，省略中间环节，提高生产效率；

缩短产品研制周期，使产品研制总成本更具竞争力。

 

2023年3月23日，Relativity  Space Terran 1发射升空，此次发射，首次向全世界展示了全3D打印的火箭可以承受最恶劣的轨道发射条件。对于增材制造行业以及对3D打印技术的应用来说，它无疑是一个重要的里程碑，验证了3D打印技术大范围制造火箭零件的可行性，也是人类历史性的突破。一直以来，我国也在加大3D打印技术在航天领域的应用，下面讲述关于这方面的三个重大事件。

垂直回收演示验证飞行试验圆满成功

 

2023年1月至3月期间，中科宇航在山东海阳持续进行垂直回收演示验证飞行试验，相继开展了陆上发射回收和海上回收。

运载火箭海上垂直回收原理样机作为技术验证平台，在方案设计之初，就秉承了创新的设计理念，采用供配电－控制－遥测一体化控制系统设计、3D打印对防晃贮箱进行设计加工、采用轻质碳纤维结构实现承载－传力－抑振的一体化构型，能够将多个系统的功能进行整合复用，极大地简化了整体质量和电缆连接，能够在同类小型化飞行器中进行应用。

 

飞行试验全程模拟验证陆上发射、海上回收的飞行过程，主要验证入轨火箭子级回收过程中海上着陆的过程、有海杂波环境影响下的通信和相对测量技术，对回收着陆末段的公里级飞行环境、海上着陆平台晃动情况下的着陆精度进行考核。在垂直返回高精度制导控制技术方面，完成了再入返回高精度导航定位技术、运载原理样机有动力垂直回收在线轨迹生成制导技术、复杂环境的自适应飞行控制技术、海上晃动平台的初始对准及长时跟踪技术、飞行全程的半实物验证技术的验证工作。最大飞行高度大于1000m，在飞行到最高点之后，悬停后调姿下降，下降段通过发动机反推减速，使得飞行器在接近海上着陆平台时速度能够降低到2m/s以下，再通过缓冲支腿实现软着陆，飞行全程约10分钟，落点精度优于10m。

 

中科宇航运载火箭海上垂直回收原理样机演示试验的圆满成功，验证了多项关键技术。飞行试验的成功将为近太空可回收科学实验平台、入轨火箭子级回收、太空旅游飞行器进行技术攻关和技术积累，在后续型号和入轨火箭的子级回收任务中得到应用。

二、“玄鸢一号”20吨级液氧煤油火箭发动机长程试车圆满成功

 

中科宇航在2022年试车的“玄鸢一号”20吨级液氧煤油火箭发动机大量采用3D打印，“玄鸢一号”火箭发动机为液氧煤油发动机，循环方式为燃气发生器循环，起动方式为气瓶起动，点火方式为TEA/TEB液体点火，成熟可靠。

“玄鸢一号”液体火箭发动机选用无毒无污染的液氧/ 煤油推进剂，采用燃气发生器循环方案，具备多次起动、大范围变工况的能力。通过成熟工业材料、标准件及3D打印技术的大量应用，降低生产成本、缩短生产周期。该发动机作为小型运载火箭的一级、中型运载火箭的二级/三级、亚轨道飞行器的主动力使用，并可满足液体火箭一级回收的需求。

 

该型发动机采用高压气起动、点火剂点火，使用方便，维护简单；推力室通过采用隔板喷嘴一体化设计方案，突破了高效稳定液液燃烧技术；与箭体对接的机架采用了榫卯式全机加结构方案，解决了全焊接结构变形大、加工工装复杂、生产周期长的难点；涡轮泵、推力室、气瓶等关键组件大量采用了全3D打印技术，大幅提升了生产效率；整机结构采用了模块化的总体布局方式，极大地提高了生产组织及装配效率。通过大量的引入新技术、新工艺，立足于自主创新，逐步探索出了低成本、高可靠商用液体火箭发动机的设计、生产、试验的研制及组织模式，为未来早日实现商业发射提供了强有力的支撑。

 

三、天龙二号遥一运载火箭成功首飞

 

2023年4月2日，天兵科技的天龙二号遥一运载火箭在酒泉卫星发射中心成功首飞，将搭载的“爱太空科学号”卫星顺利送入预定轨道，发射任务获得圆满成功。

 

天龙二号是我国私营商业航天中第一款以液体作为企业初研型号的运载火箭，是我国商业航天第一款成功入轨的液体运载火箭，开创了国际航天和国内航天多项纪录。它还是我国第一款无依托发射的液体运载火箭，采用闭式循环3D打印液体火箭发动机，也是全球第一款应用煤基航天煤油飞行的运载火箭。

 

在此之前的近20年时间里，全球共有8款液体火箭首飞失败，包括国外的SpaceX(天空探索)、Rocket Lab(火箭试验室)、Virgin Orbit(维珍银河)、Astra Space(群星公司)、ABL、Firefly(萤火虫航天)、Relativity(相对论航天)，以及安博竞彩官方蓝箭航天(Landspace)的朱雀二号。

天龙二号火箭在国内采用了闭式循环3D打印液体火箭发动机、水泥场坪简易发射、民用槽车自动加注等业界新技术，攻克了民营航天多项技术难题，大大降低了火箭制造成本，更容易实现批量化规模生产。

根据天兵科技官方的描述，该型发动机应用3D打印技术的闭式循环补燃发动机，相比传统生产工艺，发动机组数量减少80%，制造周期缩短70%~80%，成本和重量降低40%~50%，发动机推质比达到100以上，在世界同等量级发动机中处于领先水平。

 

天兵旗下自主研制的天龙十一(TH-11)液体火箭发动机，是国内民营航天唯一的闭式循环发动机，液体火箭动力系统循环方案处于世界领先水平，目前累计试车时长近万秒，单台发动机累计试车时长超2000秒，单台发动机工作时长超7倍飞行任务时间。

液体火箭发动机需要大量采用高温合金、不锈安博竞彩官方、钛合金等加工材料，设计结构复杂、工艺流程长，在传统制作时需使用一系列锻造、机械加工（铣槽、车、旋压等）、电镀、钎焊等多种生产技术，该等生产技术具有劳动密集、成本高昂的特点，且生产过程中涉及大量工装、高昂的专有设备及大量专业技术人员。制造过程动辄数月甚至更长时间，存在周期长、成本高、可靠性差、成品率低、重复使用性能差等问题。

轻量化、低成本、快速研制的迫切需求使天兵科技在TH-11立项之初，就提出了适应3D打印制造技术和低成本材料体系的富氧补燃液氧煤油发动机参数优化体系，在发动机比冲、推质比、重复使用性、可回收性（多次启动、变推力性能）等性能上取得了亮眼成绩的同时，3D打印涵盖了推力室、预燃室、涡轮泵、安博竞彩官方以及总装结构件等核心零部组件。其在表面流动、换热、耐高温、抗氧化、抗冲刷、抗振动冲击等关键性能是否适应富氧补燃循环工作环境的挑战下，工程师们经过了大量的仿真预示和试验验证工作，并将其固化成与3D打印技术匹配的设计、工艺和制造体系，有利于质量过程控制与技术传承。

未来几年，国内相关企业还在大型液体运载火箭重复使用、重型液体运载火箭/空天往返载人飞船等主营产品上做出了产品布局。比如天兵天龙三号大型液体运载火箭，是为我国卫星互联网组网发射量身定制，对标SpaceX猎鹰九号火箭，直径3.8米，起飞质量590吨，SSO运力超15吨，采用大推力、可复用液体火箭发动机，将率先实现国内“一箭60星”的群打能力，满足卫星互联网“低成本、高可靠、高频次”的发射需求。

 

该火箭主动力为天火十二(TH-12)发动机，单台推力达110吨，是国内民营最大推力液体火箭发动机。目前，该发动机已完成全系统长程热试车，火箭各项关键技术已完成攻关，初样产品已投产，计划于2024年初完成火箭首飞，2025年具备每年12发以上的商业发射能力。