3月，相對論空間Terran 1號火箭從佛羅里達州的卡納維拉爾角空軍基地發射時照亮了夜空。這是第一次發射完全由3D打印部件製成的試驗火箭，高100英尺，寬7.5英尺。作為增材製造的一種形式，3D打印是提高能力和降低成本的一項關鍵技術。Terran 1包括九個由創新銅合金製成的增材製造發動機，其溫度接近6000華氏度。

在美國宇航局位於克利夫蘭的格倫研究中心根據該機構的”改變遊戲規則的發展計劃”創建的這個銅基合金系列被稱為格倫研究銅，或GRCop，被設計用於高性能火箭發動機的燃燒室中。作為銅、鉻和鈮的組合，GRCop被優化為高強度、高導熱性、高抗蠕變性（在高溫應用中允許更多的應力和應變）和良好的低循環疲勞（防止材料失效），超過900華氏度。它們能容忍的溫度比傳統銅合金高40%，這導致了更高的性能組件和可重複使用性。

Terran 1號火箭在2023年3月發射時的排氣圖。資料來源：相對論空間

在20世紀80年代末，美國宇航局希望開發一種用於在低地球軌道上操縱航天器的發動機，並能經受多次發射。火箭發動機在設計和運行環境方面遇到了複雜的挑戰，包括多次啟動和關閉，對關鍵部件造成循環的磨損。

在航天飛機時代，大衛-埃利斯博士作為美國宇航局支持的研究生開發了GRCop系列合金。在他的職業生涯中，他繼續使這些合金及其應用更加成熟。

“當時，航天飛機主發動機燃燒室襯里通常在一到五次任務後被更換，”埃利斯解釋說。”我們的研究能夠表明，GRCop-84將很容易滿足100次維修服務和500次發動機壽命的目標。”

在多年的合金開發過程中，埃利斯和他的團隊與多個項目和計劃合作，如NASA的快速分析和製造推進技術（RAMPT），以推進不同版本的GRCop合金。最近的迭代，命名為GRCop-42，使用各種增材製造方法，為火箭發動機製造單件和多材料燃燒室和推力室組件。這些工藝提高了性能，同時大大降低了推力室組件的重量和成本。

圖為增材製造的燃燒室在加工過程中。資料來源：美國國家航空航天局

NASA發現，GRCop合金與最新的增材製造方法搭配得非常好。現代製造方法，如激光粉末床熔融和定向能沉積，是兩種可用於製造GRCop部件的方法，可用於許多航空航天應用，如Terran 1火箭發動機。

在激光粉末床熔合中，三維計算機模型被數字化地切成薄層。然後，一台類似於打印機的粉末床機器開始了一個將薄薄的粉末層相互擴散和融合的過程，反複數千次後形成一個完整的零件。這種將各層粘合在一起的過程所產生的材料強度可與鍛造的金屬相媲美。這種方法的優點是可以創造出精細的部件，例如用於燃燒室和噴嘴的噴嘴和冷卻通道。

定向能量沉積（DED）工藝使用激光來創建一個熔池。然後粉末被吹入熔池，冷卻後形成固體材料。機器人的三維運動指導建造過程，用激光和吹出的粉末創造整個零件。與激光粉末床熔融技術相比，DED工藝能生產出更大的形狀和部件，但精細程度更低。

位於阿拉巴馬州亨茨維爾的美國宇航局馬歇爾太空飛行中心的首席工程師Paul Gradl說：”像RAMPT這樣的開發項目，可以推進新的合金和工藝，供商業空間、工業和學術界使用。NASA承擔了開發風險，並從早期的材料和工藝概念到認證的過程中使之成熟。這次將GRCop-42合金注入商業空間是另一個很好的例子，說明美國國家航空航天局領導的創新是如何推進行業能力並為美國不斷增長的太空經濟做出貢獻的。”

根據一項可償還的《空間法》協議，NASA向Relativity Space公司提供了技術專長，使GRCop-42從開發階段變成了用於發射Terran 1火箭的可飛行產品。相對論空間公司已經表明，這些通過使用GRCop合金的增材製造技術生產的性能更高的火箭發動機部件，可用於未來的月球、火星和其他地方的任務。

改變遊戲規則的發展是NASA空間技術任務局的一部分，該局為NASA當前和未來的任務開發新的交叉技術和能力。