60 天打印一枚火箭,这项技术可能将改变航天业

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10-15 15:09

今年 4 月,SpaceX 重型猎鹰完成首次商业发射,并首次成功回收三枚助推器,这对于 SpaceX 和整个航天史来说都是一个里程碑,这意味着火箭发射的成本有望大大降低。

马斯克曾表示一旦火箭回收常态化,能降低 99 %的发射成本。尽管这个数字还存在争议,但不少业内专家也都承认这是目前火箭发射性价比最高的方案。

那除此之外还有没有别的降低发射成本的方法?3D 打印是其中一个答案。

Relativity Space 就是一家计划用 3D 打印技术来制造火箭的公司,这家公司的首席执行官是 29 岁的 Tim Ellis,他曾在亚马逊 CEO Jeff Bezos 旗下的太空公司 (Blue Origin) 中从事推进器和 3D 打印研发,而另一位创始人 Jordan Noone 则先后在蓝色起源和 SpaceX 工作。

▲ Tim Ellis 站在 3D 金属打印机 Stargate 前.

在接受 《连线》杂志采访时,Tim Ellis 表示希望通过将 3D 打印技术和人工智能结合,像汽车流水生产线上的机器人一样来制造火箭。

这一切都由几台三层楼高(30 英尺)的机器 Stargate 完成,这也是目前世界上最大 3D 金属打印机,据称只要 60 天就可以从原材料生产出能用于发射的火箭。

最新型号的 Stargate 配备两个巨大的机械臂,在打印大型部件时,机械臂会将金属融化后沉积成薄层,同时机械臂末端的打印头会吹出一种惰性气体作为保护气,还能通过激光对不锈钢材料进行焊接。

而机械臂的运动主要由 AI 算法来驱动,在打印前会先进行模拟。机械臂上配备了多种传感器来收集视觉、环境和音频等数据,增加零件后也能通过机器学习算法来自行调整,打印完毕后就可以接着自动组装

火箭的构造十分复杂,涉及大量精密的仪器和元件,为了能用打印出火箭,Relativity Space 不得不简化火箭的设计,以目前已经成功打印的火箭引擎 Aeon 1 为例,只有 100 个零件组成,而一般的火箭发动机至少需要数千个零件。

据悉不到 20 天就能打印出这样一台引擎,而且 Aeon 1 火箭引擎已经在位于密西西比州的美国宇航局斯坦尼斯航天中心进行了 200 多次高温测试。

接下来 Relativity Space 计划从零开始打印运载火箭 Terran 1,如果成功这将是世界上第一枚几乎完全由 3D 打印出来的火箭。 Terran 1 所需零件比传统火箭少 100 倍 ,其中 95% 的部件都是通过 3D 打印,只有剩下 5% 像电缆、芯片或橡胶等零件需要另外购买。

不过 Terran 1 只是小型运载火箭,设计有效载荷约为 1250 公斤,远远不如猎鹰 9 号(最大载荷 22.8 吨),而 Aeon 1 引擎 8.8 吨的真空推力,同样不到猎鹰 9 号火箭引擎 Merlin 1D 的十分之一。

▲猎鹰 9 号. 图片来自:SpaceNews

目前 Terran 1 最大的优势还是价格,以最大载荷发射到近地轨道每次的价格只需 1000 万美元,而猎鹰 9 号需要 6000 多万美元。

今年 4 月 Relativity Space 与加拿大卫星通信公司 Telesat 达成协议,拿下了首个商业订单
承担部分部署近地轨道卫星的任务。据悉 Relativity Space 计划在 2021 年完成对 Terran 1 的测试并进行发射。

Tim Ellis 表示,如果 Terran 1 发射成功,那么他们将会把金属 3D 打印机 Stargate 的体积再增加一倍,以生产更大型的火箭。而 Tim Ellis 的野心也不只是打印火箭,他更长远的目标是在火星上对火箭进行 3D 打印。

我们正在构建一个算法框架,我们认这种框架可以将这套 3D 打印系统在其他星球上运行。

其实 Relativity Space 并不是第一个将 3D 打印技术应用到航天领域的公司,SpaceX 和蓝色起源都曾采用过 3D 打印而成的火箭部件,而火箭实验室(Rocket Lab)通过采用金属 3D 打印技术生产的火箭引擎 Rutherford,已经助推六枚火箭成功发射。

▲ 火箭实验室的 3D 打印火箭引擎. 图片来自:3DPrint.com

但完全由 3D 打印制造的火箭还没有先例,因此也遭到了不少质疑。这到底是创举和噱头?只能用一次次发射来证明了,毕竟当年马斯克创办 SpaceX 所遭遇的唱衰和质疑,也远远不止这些。

题图来自:The Verge,部分配图来自:Relativity Space

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