德國航太新創公司POLARIS Spaceplanes日前成功完成了MIRA II示範機的滾轉與飛行測試，為該公司全尺寸AURORA太空飛機的研發邁出重要一步。MIRA II這款五米長的原型機搭載了POLARIS開發的3D列印AS-1線性鈦針式火箭引擎，標誌著航太技術創新的一大突破。預計全尺寸AURORA太空飛機將於2028年正式啟用。

從挫敗到突破：MIRA II的成功 MIRA II的誕生並非一帆風順。早在2024年5月，首台MIRA示範機在首次試飛時因事故失敗。吸取教訓後，POLARIS迅速對設計進行了升級改良，並為MIRA II制定了更全面的測試計畫。經過地面跑道上的三秒引擎點火測試後，MIRA II成功完成了波羅的海上空的飛行測試。

測試中，無人駕駛的MIRA II從德國皮納門德機場起飛，依靠四具渦輪噴氣引擎到達指定高度。到達點火點後，1千牛頓推力的LOX/煤油AS-1鈦針式火箭引擎進行了三秒的燃燒測試，成功實現每秒4米的加速度與900牛頓的推力。

這次測試意義非凡，因為它是全球首個線性鈦針式火箭引擎的飛行測試，堪稱POLARIS公司乃至航太界的里程碑。

3D列印：改變鈦針式引擎製造方式 鈦針式火箭引擎以其創新設計而聞名。與傳統火箭引擎的鈴型噴嘴不同，鈦針式引擎採用楔形「針體」引導排氣流，取代固定噴嘴，這樣的設計不僅減輕了重量，還提升了效率，更能在不同高度下進行推力調整。

然而，這些引擎在運行中會產生極高的溫度，需要複雜且精密的冷卻系統來保護引擎結構。為了解決這一挑戰，POLARIS等公司採用了3D列印技術，用增材製造方法設計和生產這些引擎。

2023年，POLARIS向德國3D列印公司AM Global訂製了兩台AS-1鈦針式引擎，用於地面測試。同時，AM Global還製造了兩台更輕的飛行測試用引擎，專為MIRA II示範機設計。在飛行測試期間，MIRA II的引擎以降低燃燒室壓力的方式運行，進行富燃燃燒測試，這種方式既能收集性能數據，又能減少引擎結構的壓力損耗。雖然測試中因LOX儲存艙的微小洩漏導致一個檢修口脫落，但MIRA II最終安全著陸，試飛圓滿成功。

未來計畫：更高效、更穩定的技術突破 POLARIS計劃在接下來的測試中持續優化3D列印鈦針式引擎的性能，並啟動另一台示範機MIRA III，以提升測試的靈活性與穩定性。隨著測試進展，公司將逐步提升引擎燃燒室的壓力，從而進一步提升燃燒效率與推力輸出。

此外，MIRA系列的測試成果還將被應用於下一代示範機NOVA的研發。NOVA將比MIRA系列更大，長度預計達到七到八米，是全尺寸AURORA太空飛機正式啟用前的最後一個測試階段。

3D列印技術：航太創新的關鍵 事實上，鈦針式引擎的概念自1950年代就被提出，但真正的技術突破直到最近幾年才實現。金屬增材製造技術的發展，特別是其在設計自由度上的優勢，讓鈦針式引擎的製造成為可能。

2017年，澳洲莫納什大學及其衍生公司Amaero與多家機構合作，成功製造並測試了一款3D列印鈦針式引擎「Project X」，該項目僅耗時四個月。2022年，德國公司Hyperganic則製造出了全球最大的3D列印鈦針式引擎，並利用人工智慧技術自動優化設計。

這些案例顯示了3D列印技術在航太領域的巨大潛力。增材製造不僅縮短了產品的設計與生產週期，還能通過實驗快速調整設計，降低生產成本。POLARIS如今的成就正是3D列印技術應用於航太創新的最佳範例。

科技帶人類邁向更遠的太空 POLARIS Spaceplanes的成功不僅為公司奠定了技術基礎，也為全球航太界展現了3D列印在太空推進系統中的可能性。隨著MIRA系列的進一步測試及NOVA示範機的問世，POLARIS正以創新的技術與前瞻的思維，書寫屬於未來太空飛行的新篇章。

參考資料