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Xometry 生产部件,Asat 成功发射大功率火箭

Xometry 帮助来自希腊的ASAT 团队制造了大功率火箭的几个重要部件。ASAT 火箭项目负责人兼推进工程师 Christos Koutsouras 和我们聊了聊这一科学项目的故事,以及 Xometry 如何帮助团队成功参加国际火箭比赛、完成大功率火箭的发射。

  • 行业:航空航天
  • 制造工艺应用:CNC 加工
  • 挑战:在严格的期限内制造大功率火箭,其部件要能承受恶劣的航空航天条件
  • 解决方案:通过 Xometry 的即时报价引擎和制造网络,生产具有特定公差和性能的复杂零件

ASAT 成立于 2015 年,是希腊塞萨洛尼基亚里士多德大学相关研究项目所成立的第一支全学生团队。该团队有 60 多名来自不同学术背景的成员,主要从事航空和火箭学这两大学科研究。

仙女座火箭(Andromeda)—— 由ASAT 团队设计的大功率火箭

火箭小组从成立起,目标就是设计、制造和发射大功率火箭,让火箭相关科技在希腊和学术界得到更多关注,ASAT 团队迄今已经设计了六枚火箭,包括了最新的仙女座(Andromeda)火箭,这是一枚具备载荷能力且部署发射的大功率火箭。

ASAT 团队参加了不少重要的国际性学生火箭比赛且成绩斐然,包括美国太空港杯(S.A.C.)和欧洲火箭挑战赛(EuRoC)。在葡萄牙参加 2022 年欧洲火箭挑战赛期间,”仙女座 “火箭成功进行了两次发射和回收,在使用两种发动机进行发射时分别达到 3446 米和 4076 米的高度。”成功完成发射任务不仅仅对我们而言意义特殊,而且对希腊整个学术界都是一个突破,因为我们成功地在如此高的海拔地区完成了火箭发射。“

内部设计流程和模拟发射条件

任务的最开始,团队首先是制定了科学性的指标,然后才进入概念设计并进行了初步的计算机模拟,以数据验证了火箭的设计和发射数据。

由于希腊的法律不允许在高空试射火箭,因此在开始制造和组装部件之前,ASAT团队首先要尽获得各种符合发射协议且合法的可测量数据。团队还需要进行精确的数学计算,对火箭的各个系统进行逐一验证。

在正式发射之前,火箭还必须通过无数次尽可能模拟真实情况的测试,包括降落伞投放和所有应用的机械装置的分系统验证测试。这一切都必须在准备参加葡萄牙和美国的比赛之前顺利完成,只有在赛事里,团队才得以在真实条件下测试火箭。

航空航天业的制造难题和利用 Xometry 采购数控加工零件

为了制造”仙女座“火箭,ASAT 需要获得的零件往往具有非常特殊的公差、材料和性能要求。由于火箭发射速度能达到超音速,其中许多部件必须能承受严酷的航空航天条件,强度也需要能抵抗极端应力。

ASAT 团队通过 Xometry 制造了一些特定部件,包括火箭舱壁等关键系统的部件,这些部件为火箭提供了结构支撑。它们是连接复合材料管和火箭框架的部件,也是降落伞分离机构大型组件的一部分。

The 3D models of the parts uploaded on the Xometry’s Instant Quoting Engine
上传至 Xometry 即时报价引擎的部件 3D 模型文件

团队面临的主要挑战之一是严格的公差要求,(需要达到 ISO 2768(精细级)或 ISO 286(6 级))。某些零件要求厂家对生产部件的器械进行非常特殊的校准,才能准确地制造出要求的旋转角度和尺寸。这正是 Xometry 与其他供应商的不同之处—— Xometry 能够利用其广泛的网络找到了有能力生产超复杂零件的制造合作伙伴。

此外,Koutsouras 还承认,在航空航天领域,从强度重量比的角度优化部件需要花费大量时间。”由 Xometry 制造的部件就是一个很好的例子,因为要想以有限的重量将整个飞行器送入远距离的目标地点,优化这些部件的重量至关重要”。在火箭制造团队开发的优化工具支持下,双方合作将结构部件的总重量减少约 2.5 千克。

CNC machined bulkhead and retainer for rocket motor produced via Xometry © ASAT
通过 Xometry CNC加工生产的火箭发动机隔板和固定器 © ASAT

”仙女座“火箭部件采用五轴数控机床生产,材质为 6061 铝,这种铝具有耐腐蚀和抗应力的特性,被广泛应用于航空航天领域。Koutsouras 指出,Xometry 提供了广泛的合金材料选择,这对制造也至关重要。

他还表示,与 Xometry 的合作非常顺利,因为除了质量外,整个制造还全程满足了严苛的时间要求。他说:”交付时间非常快,这对我们来说极其重要,因为在我们前往葡萄牙之前只有两周左右的时间”。

最后,他补充说,即时报价引擎使工程师的工作变得更加轻松,以前需要几天甚至几周的订单流程现在只需几分钟,即时报价平台的丰富功能对设计者来说真的很有用。

展望航空航天工程的未来

ASAT 火箭发射团队继续快速发展,努力达成现有目标并设定新目标。Koutsouras 还告诉我们,他的团队正在继续优化仙女座火箭的性能,希望能突破更远的目标距离。在不久的将来,团队还将为更高的飞行高度和更大的载荷能力开发更复杂、更强大的火箭发动机,甚至有计划为火箭的有效载荷甚至火箭本身开发一个自主着陆系统。

该团队还在设计一个名为 “凤凰号 “的公益类项目,目标是打造出一款太阳能无人机,用于监测山林火灾,器械的原型件预计将于 2023 年年底完成。

希腊的夏季是森林火灾高发季,凤凰号旨在帮助应对这一生态问题,及早发现火灾并向有关部门通报情况。Koutsouras说:”我们将采用机器学习算法,经过训练后不仅能检测森林中是否发生火灾,还能监测火灾在特定地点的蔓延状态。凤凰号将配备摄像头和自动驾驶系统,可以自动探测火情并提供最新情况。

关于 ASAT 团队

ASAT 是亚里士多德航天航空火箭队( Aristotle Space & Aeronautics Team )的字母缩写 — 他们也是希腊第一支由学生组成的火箭科学研发团队,专门从事相关的实验及研究。

浏览官网以了解ASAT团队更多信息: www.asat.gr/projects/rocketry