在人類探索太空的百年征途中，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)始終是決定成敗的核心。傳統(tǒng)上，一款新型發(fā)動(dòng)機(jī)從概念到點(diǎn)火，往往需要數(shù)百名工程師耗費(fèi)數(shù)年時(shí)間、投入數(shù)億美元，反復(fù)修改圖紙、制造樣機(jī)、測(cè)試失敗、再優(yōu)化。然而，就在最近幾年，一種全新的研發(fā)模式正在悄然顛覆這一“重工業(yè)”邏輯——人工智能（AI）自主設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，金屬3D打印直接制造整機(jī)，短短幾周內(nèi)完成從零到成功點(diǎn)火的全過(guò)程。這場(chǎng)由算法與打印機(jī)驅(qū)動(dòng)的“新范式革命”，正讓火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)從“手工鍛造”邁入“智能生成”時(shí)代。

傳統(tǒng)之路：昂貴、緩慢且充滿試錯(cuò)

以SpaceX的猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)為例，其研發(fā)歷時(shí)近十年，經(jīng)歷了數(shù)十次重大設(shè)計(jì)迭代，僅原型機(jī)就報(bào)廢了上百臺(tái)。工程師需借助復(fù)雜的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和流體仿真（CFD）軟件，在成千上萬(wàn)的設(shè)計(jì)變量中尋找最優(yōu)解。即便如此，仍難以兼顧性能、冷卻效率、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與可制造性。例如，燃燒室壁內(nèi)的冷卻通道既要保證燃料充分吸熱，又不能因過(guò)薄而燒穿，這種多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題極其復(fù)雜。

更棘手的是，許多創(chuàng)新構(gòu)型（如氣動(dòng)塞式發(fā)動(dòng)機(jī)）因內(nèi)部結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，傳統(tǒng)鑄造或焊接工藝根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)，只能停留在紙面。因此，盡管理論性能優(yōu)越，這類“夢(mèng)幻引擎”長(zhǎng)期被束之高閣。

破局者登場(chǎng)：Leap71與Noyron AI

轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在一家名為L(zhǎng)eap71的初創(chuàng)公司。這家總部位于迪拜、核心團(tuán)隊(duì)僅兩人的小企業(yè)，卻憑借自研的AI系統(tǒng)Noyron，在2025—2026年間連續(xù)成功點(diǎn)火多款全新設(shè)計(jì)的液氧甲烷火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，震驚業(yè)界。

Noyron并非普通的大模型，而是一個(gè)大型計(jì)算工程模型（Large Computational Engineering Model）。它將物理學(xué)定律（如納維-斯托克斯方程）、材料科學(xué)約束、熱力學(xué)邊界條件以及3D打印工藝限制全部編碼進(jìn)算法之中。當(dāng)工程師輸入“推力20千牛、使用液氧甲烷、工作高度0–100公里”等抽象需求后，Noyron能在數(shù)小時(shí)內(nèi)自動(dòng)生成一個(gè)完整、可制造、滿足所有物理約束的三維發(fā)動(dòng)機(jī)模型——包括燃燒室形狀、噴管曲率、冷卻流道路徑等細(xì)節(jié)，全程無(wú)需人工干預(yù)。

更令人驚嘆的是，這些設(shè)計(jì)往往呈現(xiàn)出仿生學(xué)般的有機(jī)形態(tài)：冷卻通道如血管般分叉延伸，支撐結(jié)構(gòu)似骨骼般輕盈堅(jiān)固。這種“非人類直覺(jué)”的設(shè)計(jì)，恰恰在性能與可靠性之間找到了更優(yōu)平衡。

3D打?。鹤尅安豢赡堋弊?yōu)楝F(xiàn)實(shí)

AI生成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，若沒(méi)有先進(jìn)制造技術(shù)支撐，仍是空中樓閣。幸運(yùn)的是，金屬增材制造（即金屬3D打?。?的成熟恰逢其時(shí)。

Leap71采用高溫銅合金（如CuCr1Zr）進(jìn)行激光粉末床熔融（LPBF）打印，將整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)（包括燃燒室、噴管、冷卻通道）一體成型，徹底消除焊縫和接頭——這些往往是傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)最易失效的薄弱環(huán)節(jié)。一臺(tái)20千牛推力的發(fā)動(dòng)機(jī)，從數(shù)字模型到實(shí)體零件，僅需幾天時(shí)間，成本不足傳統(tǒng)方法的十分之一。

2025年底，Leap71在三周內(nèi)先后完成了兩款截然不同的發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火：

傳統(tǒng)鐘形噴管發(fā)動(dòng)機(jī)：驗(yàn)證基礎(chǔ)性能；

全尺寸氣動(dòng)塞式發(fā)動(dòng)機(jī)（Aerospike）：這種曾被視為“外星科技”的構(gòu)型，因其能自動(dòng)適應(yīng)不同大氣壓、在海平面至真空均保持高效，理論上比傳統(tǒng)噴管提升15%比沖。但因其內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)極度復(fù)雜，半個(gè)多世紀(jì)來(lái)從未真正飛天。而AI+3D打印的組合，首次讓它從圖紙走向火焰。

點(diǎn)火測(cè)試中，兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)均穩(wěn)定達(dá)到50巴燃燒室壓力，噴出標(biāo)志性的藍(lán)色羽流，證明AI設(shè)計(jì)不僅可行，而且可靠。

為何氣動(dòng)塞式發(fā)動(dòng)機(jī)如此重要？

傳統(tǒng)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)使用鐘形噴管，其擴(kuò)張比固定，只能在特定高度達(dá)到最佳效率。而在起飛階段（大氣稠密）或高空（接近真空），效率會(huì)顯著下降。為解決此問(wèn)題，工程師不得不犧牲整體性能。

氣動(dòng)塞式發(fā)動(dòng)機(jī)則另辟蹊徑：它用一個(gè)中央“釘子”（spike）替代外壁，利用外部大氣壓力作為“天然噴管壁”。隨著高度上升、氣壓降低，“有效噴管”自動(dòng)擴(kuò)大，始終保持最優(yōu)膨脹比。這意味著：

單級(jí)入軌（SSTO）火箭成為可能；

可重復(fù)使用火箭在不同任務(wù)剖面下均能高效工作；

節(jié)流范圍更寬，適合精確著陸控制。

過(guò)去，NASA和洛克達(dá)因曾投入巨資研究，但因制造難度過(guò)高而放棄。如今，AI+3D打印讓這一“沉睡的巨人”蘇醒。

加速進(jìn)化：從20千牛到2000千牛

Leap71的野心不止于此。據(jù)其公開路線圖，2026年將測(cè)試200千牛（約20噸推力） 級(jí)別發(fā)動(dòng)機(jī)，未來(lái)目標(biāo)直指2000千牛（約200噸） ——接近SpaceX猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)的量級(jí)。

更關(guān)鍵的是其迭代速度：過(guò)去18個(gè)月，該公司平均每四周就點(diǎn)火一款全新發(fā)動(dòng)機(jī)，通過(guò)“設(shè)計(jì)→打印→測(cè)試→數(shù)據(jù)反饋→模型優(yōu)化”的閉環(huán)，讓Noyron不斷學(xué)習(xí)真實(shí)世界的物理響應(yīng)。這種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的自主進(jìn)化能力，遠(yuǎn)超人類經(jīng)驗(yàn)積累的速度。

聯(lián)合創(chuàng)始人Josefine Lissner直言：“下一代太空系統(tǒng)不會(huì)再由人類繪制，而是由計(jì)算生成?！?/p>

全球競(jìng)速：中國(guó)也在加速布局

這場(chǎng)AI+3D打印的航天革命并非孤例。在中國(guó)，多家科研機(jī)構(gòu)與商業(yè)公司正積極跟進(jìn)：

西安空天機(jī)電智能制造研究院已實(shí)現(xiàn)AI優(yōu)化的渦輪泵3D打印，并完成地面試車；

微光啟航等商業(yè)航天企業(yè)，正探索用生成式AI設(shè)計(jì)小型液體發(fā)動(dòng)機(jī)；

高校如北航、哈工大，也在開展“智能設(shè)計(jì)+增材制造”一體化研究。

盡管在工程數(shù)據(jù)庫(kù)和算法成熟度上仍有差距，但中國(guó)龐大的制造業(yè)基礎(chǔ)與快速迭代能力，為追趕提供了獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

挑戰(zhàn)與未來(lái)：從“能造”到“可靠飛行”

當(dāng)然，AI設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)要真正用于載人航天或深空探測(cè)，還需跨越多重門檻：

長(zhǎng)期可靠性驗(yàn)證：?jiǎn)未吸c(diǎn)火成功不等于數(shù)千秒連續(xù)工作的穩(wěn)定性；

極端環(huán)境適應(yīng)性：振動(dòng)、沖擊、熱循環(huán)等復(fù)雜工況下的結(jié)構(gòu)完整性；

認(rèn)證體系缺失：現(xiàn)有航天質(zhì)量管理體系基于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程，如何評(píng)估AI生成產(chǎn)品的安全性尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)。

但趨勢(shì)已然清晰：未來(lái)的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，將不再依賴工程師的經(jīng)驗(yàn)直覺(jué)，而是由算法在虛擬世界中億萬(wàn)次模擬后“進(jìn)化”而出，再由3D打印機(jī)精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)于現(xiàn)實(shí)。

工程的未來(lái)是“生成”而非“繪制”

Leap71的故事告訴我們，航天工業(yè)的壁壘正在被重新定義。曾經(jīng)需要國(guó)家力量支撐的尖端工程，如今可由極小團(tuán)隊(duì)借助AI與數(shù)字制造工具實(shí)現(xiàn)突破。這不僅是效率的提升，更是設(shè)計(jì)哲學(xué)的根本轉(zhuǎn)變——從“人類想象+試錯(cuò)修正”轉(zhuǎn)向“算法探索+物理驗(yàn)證”。

正如其口號(hào)所言：“The future of engineering is not drawn—it’s generated.”（未來(lái)的工程不是畫出來(lái)的，而是生成的。）當(dāng)AI開始設(shè)計(jì)火箭，人類的角色將從“繪圖者”轉(zhuǎn)變?yōu)椤疤釂?wèn)者”：我們只需告訴機(jī)器“想要什么”，剩下的，交給算法與時(shí)間。在這場(chǎng)靜悄悄的革命中，通往星辰大海的道路，或許比我們想象的更短、更智能。

審核編輯 黃宇