从生产到发射只需要60天 3D打印火箭两年后飞太空?
2019年10月11日 09:35  来源:广州日报  宋体

  3D打印正在渗透到火箭行业:太空探索技术公司(SpaceX)早在2014年曾推出首个3D打印部件主氧化器阀体;蓝色起源(Blue Origin )也在其强大的BE-4引擎中融合3D打印组件;处于3D打印火箭行业领先地位的火箭实验室采用金属3D打印技术生产火箭引擎;甚至连美国国家航空航天局(NASA)也在研究哪些航天器部件可以用3D打印机更可靠、更便宜地制造出来。

  但即使是活跃在3D打印火箭技术前沿的工程师,也觉得火箭行业新贵“相对论”太空公司(Relativity Space)的想法很疯狂:它想要打印几乎整个火箭并将其组件的数量从10万个减少到不到1000个,而且这种3D打印火箭从生产到发射只需要60天。

  文/广州日报全媒体记者温俊华编译

  据美国媒体报道,火箭行业新贵“相对论”太空公司日前获得了1.4亿美元的投资,用以推进其看似疯狂的太空愿景:3D打印整个火箭,并将其送上太空。当像SpaceX和蓝色起源投资于可重复使用的火箭时,“相对论”太空公司质疑,为什么不把所有的部件都3D打印出来,并实现整个过程的自动化?

  据报道,“相对论”太空公司4年前成立于西雅图,目前总部在洛杉矶,由两名90后火箭工程师创立:首席执行官蒂姆·埃利斯(Tim Ellis)曾在蓝色起源公司从事推进器和3D打印研发,首席技术官乔丹·诺恩(Jordan Noone)曾是蓝色起源的实习生,后来在SpaceX担任推进发展工程师。

  事实上,正是在蓝色起源工作时,埃利斯第一次有了3D打印火箭的想法。他认为,太空行业的未来是3D打印,而不仅仅是重复利用整个运载火箭。“创办一家火箭公司很难,创办一家3D打印公司也很难,同时创办这两家公司更是难上加难。除非我们开发出金属3D打印技术,否则我们是不会发射火箭的。” 埃利斯说。

  目前,“相对论”太空公司在洛杉矶的工厂制造火箭部件,公司建造了世界上最大的3D金属打印机“星际之门”。“星际之门”有一个房间那么大,利用电子控制系统、热成像照相机和安装在材料存放处附近的传感器组合在一起,来打印出由更坚固、可靠的合金火箭。此外,公司还拥有一个内部冶金和材料表征实验室。

  “相对论”太空公司设计的全3D打印引擎名为Aeon 1,使用液氧和甲烷作为推进剂。Aeon 1发动机最突出的性能是其简约性——它只有100个零件,而大多数火箭发动机通常有数千个零件。据称,这个发动机不用20天就能打印出来。该公司表示,他们已经在位于密西西比州的美国宇航局斯坦尼斯航天中心对Aeon 1火箭发动机进行了200多次高温测试。

  利用“星际之门”金属打印机和9个Aeon 1发动机,公司从零开始建造了第一艘名为Terrain 1的运载火箭,并在其上面级(多级火箭的第一级以上的部分)上安装了一个单引擎。Terrain 1的设计有效载荷约为1250公斤,每次发射成本预计为1000万美元,称号“世界上最划算的发射器”。

  根据“相对论”太空公司的计划,Terrain 1将在2020年底完成测试,有望于2021年发射。公司已与加拿大卫星通信公司Telesat达成协议,将用Terran 1为后者正在建设低轨道卫星星座(发射入轨能正常工作的卫星的集合)承担部分发射任务。

  优势

  快速 灵活

  3D打印火箭的明显优势是长期成本更低,同时也能令制造火箭的速度更快。“相对论”太空公司声称,他们只需要60天就可以从原材料制造出整个火箭。

  一般来说,火箭由有效载荷、制导、推进和结构这四个主要系统组成,每一次成功发射的背后都需要大量的劳动力和庞大的供应商网络协同工作。因此,传统火箭公司需要24~48个月才能做好一个火箭。

  “相对论”太空公司希望通过精简供应链以大幅缩短生产时间。他们试图自给自足,在公司内部打印火箭95%的部件,其余仅5%的电缆、芯片或橡胶部件外购。

  3D打印火箭的另一优势是智能流程和质量控制。通过3D打印,“相对论”太空公司引入了软件定义的自动化技术,与传统工厂使用的有限工具相比,可以确保设计的平稳和灵活改动。

  愿景

  到火星上打印城市

  “相对论”太空公司的目标是将大约1250公斤的物体送入轨道,这与SpaceX的猎鹰重型火箭64吨的有效载荷相比是微不足道的,后者是前者的50多倍。因此,它并非要与SpaceX竞争,而是专注于将较小的卫星送入低地球轨道——目前,太空市场上最小的火箭只能携带150公斤的有效载荷。

  “相对论”太空公司的最终目标不仅是在太空产业中的轨道卫星市场分一杯羹,其更长远的目标是登陆火星。“人类在火星上的生活”一直是其卖点,该公司对这一愿景深信不疑。公司首席执行官埃利斯想要制造出第一个到达火星的3D打印火箭。到达火星后,埃利斯和他的团队想要在火星上创建一个自给自足的城市。

  “智能自动化和轻便、紧凑的3D打印是快速构建资源稀缺的新社会所需的基础技术。”埃利斯说。

  在埃利斯的设想中,3D打印火箭成功登陆火星后,在火星上3D打印其他各种飞机部件、汽车甚至房子,就将成为公司唾手可得的成果。

  据报道,“相对论”太空公司已获得了进入佛罗里达州卡纳维拉尔角发射基地16号发射复合体的许可,并获得了使用一个发射基地的许可,以执行发射极地和太阳同步轨道卫星的任务。

  质疑

  公关噱头

  “相对论”太空公司的怀疑者和反对者认为,航天工业并没有像其他一些产业一样迅速产生变革,这是有充分理由的:火箭制造需投入巨额资金,火箭会爆炸,有时还会危及人的生命。

  虽然同样在探索3D打印火箭部件,来自火箭实验室的贝克认为,“3D打印的结果有时会更贵,更耗时。”而且,很多时候“宣布已经做出了第一个任何吸引人的东西”是小型创业公司的公关噱头。

  不过,也有业内人士认为,虽然3D打印整个火箭是不现实的,但这个尝试也将产生“有用的副产品”。

编辑:陈少婷