太空探索领域正在不断发展，技术的发展速度似乎越来越快。其中一个突破性的发展是美国宇航局最近对火箭发动机铝制喷嘴的实验。鉴于铝的熔化温度相对较低，这一努力似乎违反直觉，但为火箭推进系统开辟了新的道路。

挑战传统边界

    传统上，铝尽管具有低密度、高强度和成本效益等众多优势，但并不是火箭喷嘴的首选。关键问题是它对极端温度的耐受性低，加上其在焊接过程中有开裂的倾向。火箭发动机喷嘴暴露在巨大的热量和压力下，由于其高导热性和/或耐高温性，使铜合金、镍基超合金和耐火金属等材料成为首选。

    然而，随着RAMFIRE（Reactive Additive Manufacturing for the Fourth Industrial Revolution，第四次工业革命的活性增材制造）项目的最新进展，美国宇航局扭转了惯例。

RAMFIRE创新

    这一创新的核心是A6061-RAM2，这是一种与Elementum 3D公司合作开发的新型铝合金。这种合金不仅解决了传统铝的耐热问题，而且是可焊接的，使其适合火箭发动机的严格要求。通过专注于铝，RAMFIRE旨在利用这种金属的固有优势——主要是其生产轻质和坚固组件的能力，这对有效载荷效率至关重要的太空任务非常有价值。

    此外，RAMFIRE项目利用了增材制造或3D打印的能力。这项技术允许生产复杂的结构，这些复杂结构使用传统的制造方法进行生产可能具有挑战性，或者根本就不可能。例如，在RAMFIRE下设计的铝制喷嘴拥有复杂的内部冷却通道，即使暴露在火箭推进的巨大热量下，也能防止喷嘴融化。这些内部通道，结合A6061-RAM2的耐热性能，确保喷嘴保持运行和高效。

    RAMFIRE项目最显著的成就之一是使用增材制造将喷嘴作为单件生产。传统生产方法可能需要组装许多零件，每个零件都会引入潜在的故障点，特别是在高温下情况。与此形成鲜明对比的是，RAMFIRE喷嘴的单件结构减少了潜在的故障点，从而提高了可靠性。

协作努力和测试

    美国宇航局在铝制喷嘴方面的成功也可以归功于其与行业中坚力量的合作。除了Elementum 3D公司在合金开发方面的贡献外，还与RPM Innovations（RPMI）公司建立了另一个关键合作伙伴关系。这家总部位于美国南达科他州的公司使用A6061-RAM2合金与专用粉末一起建造RAMFIRE喷嘴，采用其激光粉末定向能量沉积（ laser powder-directed energy deposition，LP-DED）工艺。

    今年夏天早些时候，铝制喷嘴的能力在美国东部测试区进行了测试。在使用各种燃料配置的极端条件下，喷嘴经受了考验，并且展示了效率。喷嘴超出了预期的测试压力，展示了其在最恶劣的空间环境中运行的能力，巩固了其在火箭推进方面改变游戏规则的潜力。

超越火箭喷嘴

    虽然研究的主要关注点目前位于火箭喷嘴上，但RAMFIRE项目的范围不仅限于此。同样的铝材料和制造工艺已被用于构建其他高级组件，包括直径36英寸的尖锥喷嘴（aerospike nozzle）和专门为低温流体设计的油箱。

    美国宇航局认识到这项技术的更广泛影响，几家航空航天公司已经在评估创新合金和LP-DED添加剂制造工艺，以用于卫星和其他领域。

写在最后

    美国宇航局的铝制喷嘴努力不仅是该机构创新精神的证明，也给未来太空探索设备的发展指明了新的发展方向。凭借生产能够承受高结构载荷的轻型火箭组件的能力，人类离更高效的太空任务又近了一步。