3D打印火箭 兩年后飛太空?

科技前沿

3D打印正在滲透到火箭行業(yè):太空探索技術(shù)公司(SpaceX)早在2014年曾推出首個(gè)3D打印部件主氧化器閥體;藍(lán)色起源(Blue Origin )也在其強(qiáng)大的BE-4引擎中融合3D打印組件;處于3D打印火箭行業(yè)領(lǐng)先地位的火箭實(shí)驗(yàn)室采用金屬3D打印技術(shù)生產(chǎn)火箭引擎;甚至連美國國家航空航天局(NASA)也在研究哪些航天器部件可以用3D打印機(jī)更可靠、更便宜地制造出來。

但即使是活躍在3D打印火箭技術(shù)前沿的工程師,也覺得火箭行業(yè)新貴“相對(duì)論”太空公司(Relativity Space)的想法很瘋狂:它想要打印幾乎整個(gè)火箭并將其組件的數(shù)量從10萬個(gè)減少到不到1000個(gè),而且這種3D打印火箭從生產(chǎn)到發(fā)射只需要60天。

文/廣州日?qǐng)?bào)全媒體記者溫俊華編譯

據(jù)美國媒體報(bào)道,火箭行業(yè)新貴“相對(duì)論”太空公司日前獲得了1.4億美元的投資,用以推進(jìn)其看似瘋狂的太空愿景:3D打印整個(gè)火箭,并將其送上太空。當(dāng)像SpaceX和藍(lán)色起源投資于可重復(fù)使用的火箭時(shí),“相對(duì)論”太空公司質(zhì)疑,為什么不把所有的部件都3D打印出來,并實(shí)現(xiàn)整個(gè)過程的自動(dòng)化?

據(jù)報(bào)道,“相對(duì)論”太空公司4年前成立于西雅圖,目前總部在洛杉磯,由兩名90后火箭工程師創(chuàng)立:首席執(zhí)行官蒂姆·埃利斯(Tim Ellis)曾在藍(lán)色起源公司從事推進(jìn)器和3D打印研發(fā),首席技術(shù)官喬丹·諾恩(Jordan Noone)曾是藍(lán)色起源的實(shí)習(xí)生,后來在SpaceX擔(dān)任推進(jìn)發(fā)展工程師。

事實(shí)上,正是在藍(lán)色起源工作時(shí),埃利斯第一次有了3D打印火箭的想法。他認(rèn)為,太空行業(yè)的未來是3D打印,而不僅僅是重復(fù)利用整個(gè)運(yùn)載火箭?！皠?chuàng)辦一家火箭公司很難,創(chuàng)辦一家3D打印公司也很難,同時(shí)創(chuàng)辦這兩家公司更是難上加難。除非我們開發(fā)出金屬3D打印技術(shù),否則我們是不會(huì)發(fā)射火箭的?！?埃利斯說。

目前,“相對(duì)論”太空公司在洛杉磯的工廠制造火箭部件,公司建造了世界上最大的3D金屬打印機(jī)“星際之門”?！靶请H之門”有一個(gè)房間那么大,利用電子控制系統(tǒng)、熱成像照相機(jī)和安裝在材料存放處附近的傳感器組合在一起,來打印出由更堅(jiān)固、可靠的合金火箭。此外,公司還擁有一個(gè)內(nèi)部冶金和材料表征實(shí)驗(yàn)室。

“相對(duì)論”太空公司設(shè)計(jì)的全3D打印引擎名為Aeon 1,使用液氧和甲烷作為推進(jìn)劑。Aeon 1發(fā)動(dòng)機(jī)最突出的性能是其簡約性——它只有100個(gè)零件,而大多數(shù)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)通常有數(shù)千個(gè)零件。據(jù)稱,這個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)不用20天就能打印出來。該公司表示,他們已經(jīng)在位于密西西比州的美國宇航局斯坦尼斯航天中心對(duì)Aeon 1火箭發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了200多次高溫測試。

利用“星際之門”金屬打印機(jī)和9個(gè)Aeon 1發(fā)動(dòng)機(jī),公司從零開始建造了第一艘名為Terrain 1的運(yùn)載火箭,并在其上面級(jí)(多級(jí)火箭的第一級(jí)以上的部分)上安裝了一個(gè)單引擎。Terrain 1的設(shè)計(jì)有效載荷約為1250公斤,每次發(fā)射成本預(yù)計(jì)為1000萬美元,稱號(hào)“世界上最劃算的發(fā)射器”。

根據(jù)“相對(duì)論”太空公司的計(jì)劃,Terrain 1將在2020年底完成測試,有望于2021年發(fā)射。公司已與加拿大衛(wèi)星通信公司Telesat達(dá)成協(xié)議,將用Terran 1為后者正在建設(shè)低軌道衛(wèi)星星座(發(fā)射入軌能正常工作的衛(wèi)星的集合)承擔(dān)部分發(fā)射任務(wù)。

優(yōu)勢

快速 靈活

3D打印火箭的明顯優(yōu)勢是長期成本更低,同時(shí)也能令制造火箭的速度更快?！跋鄬?duì)論”太空公司聲稱,他們只需要60天就可以從原材料制造出整個(gè)火箭。

一般來說,火箭由有效載荷、制導(dǎo)、推進(jìn)和結(jié)構(gòu)這四個(gè)主要系統(tǒng)組成,每一次成功發(fā)射的背后都需要大量的勞動(dòng)力和龐大的供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作。因此,傳統(tǒng)火箭公司需要24~48個(gè)月才能做好一個(gè)火箭。

“相對(duì)論”太空公司希望通過精簡供應(yīng)鏈以大幅縮短生產(chǎn)時(shí)間。他們試圖自給自足,在公司內(nèi)部打印火箭95%的部件,其余僅5%的電纜、芯片或橡膠部件外購。

3D打印火箭的另一優(yōu)勢是智能流程和質(zhì)量控制。通過3D打印,“相對(duì)論”太空公司引入了軟件定義的自動(dòng)化技術(shù),與傳統(tǒng)工廠使用的有限工具相比,可以確保設(shè)計(jì)的平穩(wěn)和靈活改動(dòng)。

愿景

到火星上打印城市

“相對(duì)論”太空公司的目標(biāo)是將大約1250公斤的物體送入軌道,這與SpaceX的獵鷹重型火箭64噸的有效載荷相比是微不足道的,后者是前者的50多倍。因此,它并非要與SpaceX競爭,而是專注于將較小的衛(wèi)星送入低地球軌道——目前,太空市場上最小的火箭只能攜帶150公斤的有效載荷。

“相對(duì)論”太空公司的最終目標(biāo)不僅是在太空產(chǎn)業(yè)中的軌道衛(wèi)星市場分一杯羹,其更長遠(yuǎn)的目標(biāo)是登陸火星?！叭祟愒诨鹦巧系纳睢币恢笔瞧滟u點(diǎn),該公司對(duì)這一愿景深信不疑。公司首席執(zhí)行官埃利斯想要制造出第一個(gè)到達(dá)火星的3D打印火箭。到達(dá)火星后,埃利斯和他的團(tuán)隊(duì)想要在火星上創(chuàng)建一個(gè)自給自足的城市。

“智能自動(dòng)化和輕便、緊湊的3D打印是快速構(gòu)建資源稀缺的新社會(huì)所需的基礎(chǔ)技術(shù)?！卑＠拐f。

在埃利斯的設(shè)想中,3D打印火箭成功登陸火星后,在火星上3D打印其他各種飛機(jī)部件、汽車甚至房子,就將成為公司唾手可得的成果。

據(jù)報(bào)道,“相對(duì)論”太空公司已獲得了進(jìn)入佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角發(fā)射基地16號(hào)發(fā)射復(fù)合體的許可,并獲得了使用一個(gè)發(fā)射基地的許可,以執(zhí)行發(fā)射極地和太陽同步軌道衛(wèi)星的任務(wù)。

質(zhì)疑

公關(guān)噱頭

“相對(duì)論”太空公司的懷疑者和反對(duì)者認(rèn)為,航天工業(yè)并沒有像其他一些產(chǎn)業(yè)一樣迅速產(chǎn)生變革,這是有充分理由的:火箭制造需投入巨額資金,火箭會(huì)爆炸,有時(shí)還會(huì)危及人的生命。

雖然同樣在探索3D打印火箭部件,來自火箭實(shí)驗(yàn)室的貝克認(rèn)為,“3D打印的結(jié)果有時(shí)會(huì)更貴,更耗時(shí)。”而且,很多時(shí)候“宣布已經(jīng)做出了第一個(gè)任何吸引人的東西”是小型創(chuàng)業(yè)公司的公關(guān)噱頭。

不過,也有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為,雖然3D打印整個(gè)火箭是不現(xiàn)實(shí)的,但這個(gè)嘗試也將產(chǎn)生“有用的副產(chǎn)品”。