金属3D打印旋转爆震发动机，连续燃烧300秒

2026年5月2日，南极熊获悉，总部位于匹兹堡的太空机器人和月球物流公司Astrobotic已完成“查克拉姆”（Chakram）旋转爆震火箭发动机的热试车，增材制造技术在这一里程碑式的成果中发挥了关键作用。

两台原型机在位于阿拉巴马州亨茨维尔的NASA马歇尔太空飞行中心成功完成了 八次测试，累计运行时间超过470秒，其中包括一次长达300秒的连续燃烧，据信这是旋转爆震火箭发动机有史以来最长的连续燃烧记录。

PermiAM：Chakram背后的增材制造技术

Chakram项目的核心是PermiAM，这是一种由Astrobotic和Elementum3D联合开发的专利金属增材制造技术，能够实现打印金属部件内部孔隙率的可调性。精确控制材料的孔隙率对热管理、燃烧稳定性和推进效率有着直接的影响，而这三项正是RDRE设计中最具挑战性的工程难题。

支持该计划的 NASA SBIR合同专门针对新型喷射器设计以及 PermiAM 在 RDRE 组件中的应用，使增材制造不再是边缘贡献，而是基础贡献。结果印证了这一基础。每个原型机都产生了超过4000磅的推力，使“查克拉姆”跻身迄今为止演示过的最强大的RDRE（反应堆推进式发动机）之列，几乎所有热试车都达到了热稳态，这是发动机稳定、持续运行的标志。

△美国宇航局位于阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔太空飞行中心（MSFC）成功完成了“查克拉姆”旋转爆震火箭发动机（RDRE）的热试车。图片来自Astrobotic公司。

RDRE 的独特之处

与通过连续稳态燃烧推进剂的传统火箭发动机不同，旋转爆震火箭发动机（RDRE）利用围绕环形燃烧室旋转的超音速爆震波。这一过程能够从相同燃料中提取更多可用能量，使比冲提高高达15%，推重比更高，并且整体发动机体积更小、重量更轻。一直以来，挑战在于如何稳定地控制这些爆震波，使其具备实用性，而查克拉姆的测试活动恰恰证明了这一点。

Astrobotic公司Chakram项目首席研究员布莱恩特·阿瓦洛斯（Bryant Avalos）表示：“Chakram发动机的表现远超我们的预期。对于任何像RDRE这样的尖端技术，从设计到测试的整个过程中，我们总会担心一些可能对性能产生关键影响的未知因素。但这款发动机的表现甚至比预期还要出色。300秒的燃烧更是锦上添花。像这样的演示表明，RDRE技术可以支持Astrobotic公司的多种任务，从未来月球着陆器的推进系统到在轨转移飞行器，以及其他有助于拓展地月空间作业能力的应用。”

△高速摄影照片显示了Astrobotic公司Chakram热火测试中的爆炸波。照片由Astrobotic公司提供。

后续步骤和未来应用

Astrobotic计划将Chakram技术应用于即将推出的多个飞行器，包括Griffin级月球着陆器、Xodiac级和Xogdor级可重复使用火箭，以及正在研发中的轨道转移飞行器。项目的下一阶段将重点关注再生冷却、节流和质量减轻，PermiAM的热管理能力预计仍将是这项工作的核心。

Chakram项目联合研究员莫妮卡·特劳普曼说道：“这次测试活动取得了巨大的成功，我们实现了所有既定目标。这些测试数据为下一阶段的 RDRE研发奠定了坚实的基础，并将有助于指导未来的发动机设计。我对这项技术的未来发展充满期待。”

增材制造发动机应用案例

几十年来，旋转爆震火箭发动机主要停留在纸面上。燃烧环境、超音速爆震波、极高的热通量以及快速循环的压力，使得传统的机械加工难以满足硬件要求。增材制造改变了这一切。它能够制造出其他方法无法实现的复杂集成结构，例如冷却通道、流道和喷射器喷嘴，并可搭配能够承受旋转爆震火箭发动机内部严苛环境的先进合金，从而效率远超传统的化学火箭发动机。

Astrobotic并非唯一一家以此为基础的公司。美国宇航局马歇尔太空飞行中心的RDRE项目也采用了激光粉末床熔融技术，并结合GRCop-42和GRX-810合金，制造出具有传统加工工艺无法复制的壁面几何形状和冷却结构的推力室。液体推进工程师托马斯·蒂斯利称，正是这些硬件使得RDRE项目得以实际应用。

2025 年 4 月，Venus Aerospace 将 NASA SBIR 开发的激光粉末床熔融喷嘴集成到 RDRE 平台中，首席技术官称打印组件已准备好集成到未来的着陆器、轨道转移飞行器和高超音速无人机中。

Astrobotic 的Chakram 活动围绕专有的 PermiAM 孔隙率控制工艺展开，现在又增加了据称是记录中最长时间的持续 RDRE 燃烧，这为不断增长的证据库增添了新的内容。

重点3D打印活动通知预告

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