2026年4月，南極熊獲悉，NASA在肯尼迪航天中心成功發(fā)射Artemis II，這一事件正式開(kāi)啟人類(lèi)載人航天全新篇章，也是五十多年來(lái)人類(lèi)首次派遣航天員執(zhí)行繞月飛行任務(wù)。本次任務(wù)具有里程碑式意義，它是NASA阿爾忒彌斯計(jì)劃的首次載人飛行，更是推動(dòng)人類(lèi)重返月球表面的關(guān)鍵一步。值得關(guān)注的是， 3D打印技術(shù)已深度融入本次任務(wù)的建造環(huán)節(jié)，未來(lái)有望為月球長(zhǎng)期駐留任務(wù)提供重要支撐。

Artemis II任務(wù)核心內(nèi)容

Artemis II核心目標(biāo) 是搭載航天員完成一次完整的系統(tǒng)測(cè)試 。此次任務(wù)參考阿波羅8號(hào)的模式，航天員將全程繞月飛行后返回地球，期間重點(diǎn)驗(yàn)證航天器、生命保障系統(tǒng)以及整體任務(wù)架構(gòu)的可靠性。整個(gè)任務(wù)預(yù)計(jì)持續(xù)約10天，最終乘組將在太平洋海域?yàn)R落并順利返航。

△NASA航天員Andre Douglas、CSA航天員Jenni Gibbons作為后備乘組，與主力乘組NASA航天員Victor Glover、Reid Wiseman、CSA航天員Jeremy Hansen、NASA航天員Christina Koch一起，在NASA太空發(fā)射系統(tǒng)SLS火箭與獵戶座航天器前合影留念

Artemis II按計(jì)劃完成所有測(cè)試后，將為后續(xù)的登月任務(wù)以及月球長(zhǎng)期駐留基地的建設(shè)掃清障礙。與阿波羅計(jì)劃不同，阿爾忒彌斯計(jì)劃的核心目標(biāo)是讓人類(lèi)重返月球，實(shí)現(xiàn)人類(lèi)在月球的長(zhǎng)期停留。

3D打印在Artemis II中的三大應(yīng)用方向

航空航天領(lǐng)域?qū)夹g(shù)認(rèn)證、可靠性以及長(zhǎng)期驗(yàn)證的要求極為嚴(yán)苛，新技術(shù)的應(yīng)用必須經(jīng)過(guò)謹(jǐn)慎考量。3D打印技術(shù)在阿爾忒彌斯計(jì)劃中沒(méi)有盲目普及，聚焦于特定場(chǎng)景發(fā)揮獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，目前主要應(yīng)用在三個(gè)核心領(lǐng)域。

1. 獵戶座航天器硬件
作為搭載航天員的核心載體，獵戶座航天器搭載多款3D打印零部件。 其主承包商Lockheed Martin通過(guò)增材制造技術(shù)，生產(chǎn)出包括支架、線纜導(dǎo)向件、環(huán)境控制系統(tǒng)組件以及外殼在內(nèi)的多種部件。 這些部件大多采用 激光金屬3D打印工藝一體成型 ，無(wú)需進(jìn)行多零件組裝，能有效減輕航天器整體重量、簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程，顯著提升關(guān)鍵部位的運(yùn)行可靠性。

本次任務(wù)中的獵戶座航天器沒(méi)有使用全新的Orion Main Engine，動(dòng)力來(lái)源為歐洲服務(wù)艙，艙體搭載經(jīng)過(guò)翻新的航天飛機(jī)計(jì)劃Orbital Maneuvering System發(fā)動(dòng)機(jī)。目前，NASA正聯(lián)合Aerojet Rocketdyne等合作伙伴研發(fā)新一代獵戶座主發(fā)動(dòng)機(jī)，未來(lái)這款發(fā)動(dòng)機(jī)將融入更多3D打印部件提升性能。

△固體火箭助推器是SLS火箭首個(gè)完成組裝的部件，它為火箭的其余部分以及獵戶座航天器提供穩(wěn)定支撐。

2. 工裝、測(cè)試與地面系統(tǒng)
阿爾忒彌斯計(jì)劃中， 大量3D打印技術(shù)的應(yīng)用集中在地面環(huán)節(jié) 。NASA旗下的馬歇爾航天飛行中心、肯尼迪航天中心以及各合作方，廣泛使用3D打印技術(shù)制作工裝、測(cè)試設(shè)備以及地面作業(yè)工具。這些部件包括用于發(fā)動(dòng)機(jī)與航天器驗(yàn)證的定制測(cè)試夾具、快速原型件、裝配輔助工具等，多數(shù)采用 FDM等聚合物3D打印工藝制作 ，支持團(tuán)隊(duì)快速完成設(shè)計(jì)、打印與測(cè)試的全流程。這些地面打印的零件不會(huì)參與太空飛行，卻在整個(gè)計(jì)劃中扮演關(guān)鍵角色，能有效加快工程師的迭代效率、降低研發(fā)成本，幫助團(tuán)隊(duì)在研發(fā)前期及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題。

△Aerojet Rocketdyne在NASA斯坦尼斯航天中心完成RS-25發(fā)動(dòng)機(jī)12次熱點(diǎn)火測(cè)試的初始認(rèn)證工作。

3. SLS火箭發(fā)動(dòng)機(jī)組件
Artemis II任務(wù)所使用的SLS重型火箭，搭載源自航天飛機(jī)計(jì)劃的RS-25發(fā)動(dòng)機(jī)。Aerojet Rocketdyne公司對(duì)這款發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行全面的翻新與升級(jí)，使其適配阿爾忒彌斯任務(wù)的各項(xiàng)需求。RS-25屬于傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)，主體硬件的設(shè)計(jì)時(shí)間較早，本次任務(wù)中搭載的發(fā)動(dòng)機(jī)大部分硬件仍為傳統(tǒng)工藝制造。近年來(lái)，NASA與合作方已逐步在RS-25發(fā)動(dòng)機(jī)中融入3D打印部件，包括用于減振的波累積器組件、部分閥門(mén)以及內(nèi)部構(gòu)件，后續(xù)推出的新版RS-25發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)采用更多增材制造零件?；鸺l(fā)動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境極為極端，結(jié)構(gòu)復(fù)雜度在航空航天系統(tǒng)中位居前列，3D打印技術(shù)能有效簡(jiǎn)化發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、減少零件數(shù)量，制造出傳統(tǒng)工藝難以實(shí)現(xiàn)的內(nèi)部流道結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提升發(fā)動(dòng)機(jī)性能。

3D打印在航天任務(wù)中的應(yīng)用邊界

Artemis II任務(wù)清晰展現(xiàn)3D打印技術(shù)現(xiàn)階段在航天領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。 目前，3D打印尚未用于制造整枚火箭或大型飛行結(jié)構(gòu)，航天器的核心系統(tǒng)依舊采用經(jīng)過(guò)數(shù)十年驗(yàn)證的傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)。 這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用始終遵循“ 按需使用 ”的原則，只在復(fù)雜構(gòu)件、輕量化結(jié)構(gòu)、快速迭代等能夠體現(xiàn)其價(jià)值的場(chǎng)景中投入使用，沒(méi)有試圖完全替代傳統(tǒng)制造方式。這一應(yīng)用模式與Additive Manufacturing Research近期的分析結(jié)果一致，該機(jī)構(gòu)包括Scott Dunham在內(nèi)的研究人員指出 ，航天領(lǐng)域的3D打印行業(yè)增長(zhǎng)，更多依賴細(xì)分場(chǎng)景的精準(zhǔn)應(yīng)用，而非全系統(tǒng)的廣泛普及。 大眾往往會(huì)高估3D打印在航天領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，Artemis II的實(shí)踐清晰呈現(xiàn)這項(xiàng)技術(shù)當(dāng)前的應(yīng)用邊界。

△在MOONRISE項(xiàng)目中，科學(xué)家們正致力于研究如何利用激光，以月球風(fēng)化層為原料在月球表面3D打印結(jié)構(gòu)件。

從短期飛行到月球長(zhǎng)期駐留：3D打印的未來(lái)價(jià)值

3D打印技術(shù)對(duì)阿爾忒彌斯計(jì)劃的真正價(jià)值，在于支撐未來(lái)的月球長(zhǎng)期駐留計(jì)劃。未來(lái)，阿爾忒彌斯計(jì)劃的核心目標(biāo)是在月球建立永久人類(lèi)駐留基地，這一目標(biāo)將徹底改變航天任務(wù)的需求模式。在地球上，制造業(yè)依賴完善的全球供應(yīng)鏈實(shí)現(xiàn)物料與零件的運(yùn)輸，這種模式在月球環(huán)境中完全無(wú)法適用，月球與地球之間的物資運(yùn)輸耗時(shí)漫長(zhǎng)，航天器的有效載荷有限，每一千克物資的運(yùn)輸成本都極為高昂， 就地制造成為月球長(zhǎng)期駐留的必然選擇 。

△Artemis II的飛行軌跡示意圖，作為NASA首次使用SLS火箭搭載獵戶座航天器進(jìn)行載人飛行的任務(wù)，它為人類(lèi)長(zhǎng)期重返月球以及后續(xù)的火星任務(wù)鋪平道路。

未來(lái)的月球任務(wù)中，團(tuán)隊(duì)無(wú)需從地球運(yùn)輸大量實(shí)體部件，只需攜帶相關(guān)數(shù)字文件，就能在月球按需打印所需的工具、替換零件，甚至是醫(yī)療相關(guān)構(gòu)件。目前，NASA與各類(lèi)科研團(tuán)隊(duì)正積極開(kāi)展研究， 探索利用月球風(fēng)化層土壤作為3D打印原料，計(jì)劃借助月球本土資源建造登陸臺(tái)、防護(hù)結(jié)構(gòu)、居住艙等基礎(chǔ)設(shè)施，大幅減少對(duì)地球物資運(yùn)輸?shù)囊蕾?/strong> 。Artemis II的核心任務(wù)是驗(yàn)證整個(gè)航天系統(tǒng)的可行性，后續(xù)的任務(wù)將重點(diǎn)聚焦于月球設(shè)施搭建、設(shè)備維護(hù)、原位零件生產(chǎn)以及長(zhǎng)期人類(lèi)活動(dòng)保障。3D打印技術(shù)將在這些場(chǎng)景中持續(xù)發(fā)揮關(guān)鍵作用，應(yīng)用規(guī)模也將隨著月球任務(wù)從短期訪問(wèn)向長(zhǎng)期駐留的轉(zhuǎn)變而不斷擴(kuò)大。

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