从2022年俄乌战争爆发到美军袭击伊朗,美国用于作战和对外援助的火箭弹、导弹及其他火箭动力弹药已经超过5万枚。
为了补充库存,五角大楼准备投入530亿美元扩大导弹产能。洛克希德·马丁、波音和雷神公司母公司RTX等美国主要武器制造商都表示,固体火箭发动机短缺正在拖慢导弹生产。
固体火箭发动机就是导弹的动力装置。发动机点火后产生推力,把导弹送向目标。发动机供应不上,弹头、制导系统和外壳即使已经造好,也无法完成总装。
美国过去主要向少数专业军工企业采购发动机和零件。这些产品采购量小、规格特殊,供应商很少。一旦订单突然增加,现有工厂很难迅速扩产。

一些军工初创公司因此开始从民用行业寻找成熟产品。
其中一家是美国防务初创公司Castelion,主要研制固体火箭发动机和高超音速导弹。
Castelion需要一种名为FPGA的芯片,用来处理制导数据和控制导弹飞行。这是一种可以按照不同任务重新编程的控制芯片,汽车辅助驾驶系统也使用这类芯片,负责处理摄像头和雷达传回的信息。
汽车行业用量更大,供应商也更多。Castelion称,汽车级FPGA的价格只有航空航天级同类产品的十分之一,拿货速度快约6倍。这些芯片经过重新设计和军用测试后,就能装上导弹。
这家公司还从油气行业采购固体火箭发动机使用的精密金属管。
油田开采页岩油和天然气时,需要把高压液体送入地下,压裂岩层。因此,相关管材本来就要承受高温和高压,性能接近固体火箭发动机的要求。油气行业供应商更多,价格和交货时间也更有优势。
这些零件已经用在Castelion研制的“黑胡子”高超音速导弹上。美国海军先订购了50枚预生产型号,计划2027年把它装上F/A-18E/F“超级大黄蜂”舰载战斗机。完成测试和验证后,现有协议要求Castelion每年至少生产500枚。
零件供应加快以后,下一步是缩短固体推进剂的生产时间,固体推进剂就是发动机内部燃烧并产生推力的材料。
美国防务科技公司Anduril主要生产固体火箭发动机。传统设备混合一批推进剂需要数小时,完成后还要清洗桨叶,这家公司便从制药行业寻找速度更快的设备。
Anduril最终采用了美国工业设备制造商FlackTek生产的无叶片离心混合器。这种设备让装有原料的容器高速运动,不需要用桨叶搅拌,几分钟就能混合数百公斤推进剂。
制药企业也用这类设备生产一些精密药品,因为药品同样要求每批成分保持一致,并严格防止污染。Anduril称,换用这种设备后,推进剂生产效率提高了10倍以上。
另外两家火箭发动机初创公司把重点放在3D打印上。
总部位于美国新墨西哥州的X-Bow专门研究3D打印推进剂和固体火箭发动机。传统方法需要先制造专用模具,再把推进剂装入模具中成型。3D打印可以按照设计好的形状直接加工,减少模具和部分生产环节。
X-Bow称,这种方法可以把新生产线的建设时间从3至6年缩短到大约1年。五角大楼已经向该公司提供价值1.91亿美元的合同,采购数百台固体火箭发动机。
美国得州火箭推进公司Firehawk也在使用3D打印生产固体推进剂。该公司称,生产时间可以从最长60天压缩到7小时,成本降至传统工艺的十分之一。这些数字来自企业,能否在大批量生产中实现,还要看实际交付结果。
民用零件和新设备可以加快部分工序,整台发动机仍要经过固化和X射线检测。
固化是让推进剂在发动机内部稳定成型,X射线检测则用来寻找内部气泡和裂纹。这些缺陷会导致推力异常,严重时可能引发爆炸。目前行业内缺少固化炉和大型X射线设备,产品到了这些环节仍然要排队。