噬菌体火箭发动机与3D打印技术推动航空航天领域创新，优化火箭和导弹性能

一年前在格拉斯哥大学首次公开亮相，“噬菌体”火箭发动机的进步有望显著提高效率。这些基于聚合物的火箭发动机被设计为按照预定的顺序消耗自己。通过优化其结构，发动机可以使用熔化的聚合物部件（以前是发动机的结构部件）在火箭前进时增加液体推进剂。

优势显而易见：火箭可以更小，需要的材料更少，飞行距离更远。随着推进所需升力的减少，此类系统的整体效率和性能可能会得到大幅提升。

3D 打印固体燃料火箭发动机

在需要新的设计方向和现有库存耗尽的情况下，美国越来越多地转向固体燃料火箭发动机，以增强当前的能力并为新一代火箭提供动力。早在 2015 年，Xair Robotics 就率先推出了固体燃料火箭发动机的 3D 打印技术。另一家初创公司 X-Bow 成立于 2016 年，与 NASA 和其他实体合作，大规模生产低成本发动机。Firehawk Aerospace 采取了不同的方法，利用其专有的材料挤压形式制造混合动力火箭发动机。在这些参与者中，Ursa Major 似乎已成为迄今为止最大的赢家，获得了一份开发固体火箭发动机的重要海军合同。

空军研究实验室和其他组织长期以来一直追求“盒子里的火箭工厂”的概念。虽然这一举措在一定程度上解决了补充军火库和提高导弹制造效率的需要，但其更广泛的意义在于本地化导弹生产的潜力。尽管这项技术在旨在将卫星发射到太空的火箭中具有明显的应用，但更大、更重要的图景是导弹。

导弹间隙

美国根本无法生产足够的导弹来打击大量目标。在与中国的战争中——强调的不是一场旨在充分利用美国优势的短期冲突，而是一场持久的交战——美国会输。庞大的目标数量将使它的能力不堪重负。无人机的扩散使这个问题恶化了一千倍。无论是在标枪等手持导弹、防空电池还是巡航导弹方面，美国都达不到要求。

3D 打印可以实现不同规模和数量的高效导弹生产。它可以用替代品取代稀缺材料，并允许在主要基地进行现场制造。一刀切！

3D 打印导弹

除了固体火箭发动机的开发之外，Raytheon 等公司一直在探索整个导弹的 3D 打印——电子设备、外壳、支柱、弹头、传感器、发动机、控制面、雷达组件、射频组件、液压系统、伺服系统、执行器、主电机、鳍片和导引头的较小电机、万向节、布线、减震绝缘——基本上是一切。这种方法不仅提高了生产速度和效率，而且还提供了显著的额外优势。

零件整合和节省质量是最明显的好处之一。许多组件还可以用于双重用途，例如，电池外壳可以用作电池本身。通过 3D 打印实现的保形部件可以大大减小尺寸，同时该技术还允许进行专门的增强，例如更高效的液压系统或改进的弹头。3D 打印导弹的商业案例非常强大，可与植入物相媲美。

3D 打印优势

将一个组件（例如用于导弹鳍控制的伺服阀）的优势叠加在一起，揭示了 3D 打印在导弹设计中的革命性潜力：

• 性能增强：
  • 更高效。
  • 更快的响应。
  • 质量减轻。
  • 更好的流程。
  • 更高的精度。
  • 更高的可靠性。
  • 专门针对这种导弹的需求量身定制，而不是通用或跨应用设计。
• 生产和集成优势：
  • 保形或部分保形设计，以精确适应导弹的结构。
  • 在特定位置按需生产。
  • 更高的产量以满足需求。
  • 与铸造或锻造相比，交货时间大大缩短。
  • 提高买飞比，最大限度地减少材料浪费。
• 经济和劳动力优势：
  • 减少生产和最终装配中对体力劳动的依赖。
  • 更小的生产占地面积。
  • 减少了工具和备件的资本支出。
• 设计协同效应：
  • 集成功能（例如，外壳兼作电池）。
  • 通过进一步减少零件数量作为级联效应来减轻整体重量。

这些好处并不止于伺服阀。它们扩展到 RF 组件、执行器、布线等。这种创新水平预示着导弹设计的一场革命，实现了前所未有的性能、效率和适应性。

噬菌体

想象一下，在导弹的许多部件中利用这些优势——甚至可能将某些组件或几乎整个导弹转变为自噬菌体系统。这样的系统可以执行前面描述的所有功能，同时还可以使阀门等元件用作燃料。其影响是显著的。除了性能增强之外，这种方法还可以确保导弹不会留下任何痕迹供对手恢复。即使发生故障或达不到要求，许多敏感的尖端设计也已经被消耗掉。

然而，对于铬镍铁合金或钛等固体材料，实现完全燃烧是一项挑战。那么，如果整个火箭都是由塑料制成的——比如 ABS——呢？这种材料选择不仅可以减轻重量，还可以显着简化问题。当然，这项创新提出了一个问题，即它是否会通过使用桌面 3D 打印机生产导弹组件而无意中加速扩散。