大学生3D打印“手搓”实验火箭发动机，已成功完成三次试射

2026年5月，南极熊获悉，来自瑞士联邦理工学院（ETH ）一个学生团队研制出了一种旋转爆震火箭发动机（RDRE），并在瑞士杜本多夫机场的夜间测试中记录到了稳定的爆震波。 旋转爆震发动机在一个环形燃烧室中燃烧推进剂，产生持续的超音速波爆震。由于部件更少，这种发动机可以实现高度优化，体积更小、重量更轻、效率更高。

日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）、美国国家航空航天局（NASA）和美国空军研究实验室（AFRL）一直在致力于RDRE发动机的研发，RTX和Astrobotic公司也参与了相关研究。全球只有大约十几个国家开发和测试过此类发动机，而且此前没有其他学生团队展示过稳定的液态燃料 RDRE 运行。因此，这群学生的成果堪称前沿之作。RDRE发动机通常使用3D打印部件来减轻重量、优化性能并提高工作效率。而将3D打印技术真正应用于RDRE发动机，有望催生新一代性能卓越的太空推进系统。

△拖车上的发动机和测试台都是在苏黎世联邦理工学院的机库里建造的。图片由丹尼尔·温克勒/苏黎世联邦理工学院提供。

为什么爆震优于燃烧

这款“手搓”发动机燃烧丙烷和液氧，核心部件是采用金属增材制造技术制造的喷射器。RDRE技术与传统火箭发动机的不同之处在于，燃料并非稳定燃烧，而是发生爆轰，产生超音速波，该超音速波以高达每秒20,000转的速度围绕环形燃烧室持续旋转。这种爆轰循环产生的压力和温度远高于稳态燃烧，从而能够更充分地提取燃料中的能量。

与传统发动机相比，理论上的效率提升估计为 10% 到 20%，考虑到燃料占火箭总发射重量的 80% 到 90%，这是一个相当可观的提升幅度。

Pegasus喷射器必须在不到一毫秒的时间内混合并输送丙烷和液氧。稍有误差，爆炸波就可能反向传播到供气管路中。学生团队通过反复草图绘制、团队评审、计算和原型制作来解决这一问题，最终才开始打印金属部件。

学生团队的强大创新力

这些学生是19人组成的“飞马”团队的成员，参与了苏黎世联邦理工学院（ETH）的阿里斯（Aris）太空与火箭项目，目标是制造一种比现有方案功率高出10%的双液反应堆火箭发动机（RDRE）。开发团队在杜本多夫机场进行了测试，成员均为大学二、三年级的学生，这令人瞩目。难点在于如何设计合适的喷射器、氧化剂和结构，以正确点燃反应，同时避免被反应产生的压力和高温破坏——这些因素会产生每秒2万次的爆炸波。

21岁的机械工程专业三年级学生马蒂亚·罗斯利（Mattia Röösli）负责设计了发动机的喷射器。他说：“火箭让我着迷，因为它们飞行的原理很简单，就是通过向后加速燃料。在开始之前就认为自己能完全理解这个课题是错误的。经过两年的学习，你不需要天赋异禀就能研发出火箭发动机。只要一步一步来，互相帮助就行了。”这对任何将来想尝试类似项目的人来说都是个令人鼓舞的消息。

△马蒂亚·罗斯利研发了喷射装置，它是火箭发动机的核心部件。图片由丹尼尔·温克勒/苏黎世联邦理工学院提供。

他们与团队一起制作了喷射器的LPBF原型。往届学生担任导师，为他们提供了帮助。他们花了几个月的时间研究安全概念、设计的其他部分以及进行测试。试射后，他们成功实现了三次持续的爆震波，看到这样一支年轻的团队从事全新的前沿研究令人深受鼓舞。

Pegasus喷射器的研发部分得益于苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的“聚焦项目”（Focus Projects）课程，课程采用两个学期的模式，由五到十名学生组成的团队设计并生产出一个可运行的产品；部分研发则得益于赞助和实物工业支持。此外，研发团队还受益于一家位于杜本多夫ETH机库内的商业研发初创企业的地理位置优势，这家初创企业的工程师们提供了非正式的指导，以及之前ARIS项目成员传承下来的宝贵经验。

△苏黎世联邦理工学院瑞士学术空间计划。图片来自苏黎世联邦理工学院

通常来讲，发动机制造一类的工作成本很高。大量的3D打印、原型制作、搭建时间和设计工作加起来可不是小数目。很少有大学能够资助这样的项目。但有很多财力雄厚的大型大学有能力承担，却从未开展过如此令人兴奋的项目。这个项目展现出极强的实用性，需要众多有限元分析（FEA）、增材制造设计（DfAM）和3D打印方面的实践经验进行支撑。想象一下，仅仅是尝试让打印好的零件运转起来，就能理解机器的运行原理，这种经验对于日后从事真正的火箭研发工作至关重要。因此，这些学生进入就业市场时将拥有强大的竞争力。

当然，增材制造发动机工程是一项团队合作，并非一群人各自为政、按部就班地进行。研究团队成员需要紧密协作，不断评估信息并进行信息交流。系统、仿真、推进和制造团队实际上已经整合在一起，协同运作。在复杂的航天和火箭领域，团队合作能力、理解不同领域等能力至关重要。这是一种技能，需要从经验中学习。随着增材制造和电子技术成本的降低，或许更多大学可以开展更多实践性工作？或许他们应该这样做，让学生有机会以团队形式进行更多实践，学习如何共同构建。