3D 打印的电池供电火箭发动机

没有什么比火箭科学更能体现工程实力和技术诀窍了。也没有什么比火箭科学更昂贵的了。即使是将一枚轻型火箭发射到太空，成本也很容易超过 1 亿美元——这主要与发动机硬件的复杂性有关。

新西兰私人航天公司 Rocket Lab 的首席执行官彼得·贝克 (Peter Beck) 告诉《大众科学》 ：“如果你看一下运载火箭，就会知道它的大部分成本来自哪里，你很快就会想到火箭发动机。制造低成本、可大批量生产的火箭发动机确实很困难。”

为了应对太空旅行的高昂成本，Rocket Lab 正在重塑火箭发动机的制造方式和运行方式。今天，在科罗拉多州的太空研讨会上，该公司推出了全新的发动机 Rutherford，这是有史以来第一款电池供电的火箭发动机。该设计几乎完全由 3D 打印部件制成，将用于 Rocket Lab 的 Electron 轨道运载火箭，该运载火箭将于今年晚些时候进行首次试飞。

“该计划旨在降低成本并增加发射频率，以创建坚实的太空基础设施”

如今的火箭发动机或多或少都遵循相同的原理。液体燃料和液体氧化剂在燃烧室内结合并点燃。最终，正是这种燃烧推动火箭向前。然而，将推进剂送入燃烧室是一个复杂的过程，需要单独的涡轮泵以超高速度将液体输送到高压区域。通常，仅操作这些泵就需要另一台发动机，这需要额外的硬件和额外的燃料。

但有了卢瑟福，发动机的涡轮泵就获得了更浓缩的能源。涡轮泵不再使用液体推进剂，而是使用带有锂聚合物电池的电动机提供动力。这样就无需额外的细管和阀门，这些细管和阀门会增加发动机的重量，并且经常是发动机故障的根源。然后，电动泵可以轻松地将氧气和碳氢化合物燃料混合到燃烧室中。

“实际上，只有电池技术的进步才使我们能够使用电动涡轮泵，”贝克说。“即使在三四年前，这项技术也还不够。但在短时间内取得了巨大的进步，现在电动机的效率约为 95%，而燃气发动机的效率为 60%。”

电力推进的想法并不新鲜；最引人注目的电动发动机包括离子推进器，它通过加速离子来推动火箭。目前，黎明号前往矮行星谷神星的任务中就使用了这种发动机。然而，卢瑟福是第一个在发动机中加入电池供电的。

如果这还不够独特，卢瑟福火箭还采用电子束熔化技术制造，这是一种先进的 3D 打印技术。它的发动机室、喷射器、涡轮泵和主推进剂阀都是打印出来并组装成轻量化的形状。

卢瑟福发动机将成为 Rocket Lab 的 Electron 火箭的主要推进源，该公司希望利用该火箭作为一种低成本方法，将卫星和其他重达 220 磅的小型有效载荷发射到太空。他们估计，他们的火箭长 65 英尺，宽 3 英尺，每次发射仅需花费约 490 万美元。随着美国密切关注 SpaceX 通过重复使用火箭来降低航天成本的尝试，Rocket Lab 希望这种新设计也能减轻太空旅行带来的一些经济负担。

贝克说：“该计划旨在降低成本并增加发射频率，以建立坚实的太空基础设施。” 环绕地球的通信卫星群越多，我们就越接近一个更加互联的世界。