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3D打印火箭 兩年後飛太空?
2019-10-11 08:46:02 來源: 廣州日報
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  3D打印正在滲透到火箭行業:太空探索技術公司(SpaceX)早在2014年曾推出首個3D打印部件主氧化器閥體;藍色起源(Blue Origin )也在其強大的BE-4引擎中融合3D打印組件;處于3D打印火箭行業領先地位的火箭實驗室採用金屬3D打印技術生産火箭引擎;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打印火箭技術前沿的工程師,也覺得火箭行業新貴“相對論”太空公司(Relativity Space)的想法很瘋狂:它想要打印幾乎整個火箭並將其組件的數量從10萬個減少到不到1000個,而且這種3D打印火箭從生産到發射只需要60天。

    據美國媒體報道,火箭行業新貴“相對論”太空公司日前獲得了1.4億美元的投資,用以推進其看似瘋狂的太空願景:3D打印整個火箭,並將其送上太空。當像SpaceX和藍色起源投資于可重復使用的火箭時,“相對論”太空公司質疑,為什麼不把所有的部件都3D打印出來,並實現整個過程的自動化?

  據報道,“相對論”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後火箭工程師創立:首席執行官蒂姆·埃利斯(Tim Ellis)曾在藍色起源公司從事推進器和3D打印研發,首席技術官喬丹·諾恩(Jordan Noone)曾是藍色起源的實習生,後來在SpaceX擔任推進發展工程師。

  事實上,正是在藍色起源工作時,埃利斯第一次有了3D打印火箭的想法。他認為,太空行業的未來是3D打印,而不僅僅是重復利用整個運載火箭。“創辦一家火箭公司很難,創辦一家3D打印公司也很難,同時創辦這兩家公司更是難上加難。除非我們開發出金屬3D打印技術,否則我們是不會發射火箭的。” 埃利斯説。

  目前,“相對論”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“星際之門”。“星際之門”有一個房間那麼大,利用電子控制係統、熱成像照相機和安裝在材料存放處附近的傳感器組合在一起,來打印出由更堅固、可靠的合金火箭。此外,公司還擁有一個內部冶金和材料表徵實驗室。

  “相對論”太空公司設計的全3D打印引擎名為Aeon 1,使用液氧和甲烷作為推進劑。Aeon 1發動機最突出的性能是其簡約性——它只有100個零件,而大多數火箭發動機通常有數千個零件。據稱,這個發動機不用20天就能打印出來。該公司表示,他們已經在位于密西西比州的美國宇航局斯坦尼斯航天中心對Aeon 1火箭發動機進行了200多次高溫測試。

  利用“星際之門”金屬打印機和9個Aeon 1發動機,公司從零開始建造了第一艘名為Terrain 1的運載火箭,並在其上面級(多級火箭的第一級以上的部分)上安裝了一個單引擎。Terrain 1的設計有效載荷約為1250公斤,每次發射成本預計為1000萬美元,稱號“世界上最劃算的發射器”。

  根據“相對論”太空公司的計劃,Terrain 1將在2020年底完成測試,有望于2021年發射。公司已與加拿大衛星通信公司Telesat達成協議,將用Terran 1為後者正在建設低軌道衛星星座(發射入軌能正常工作的衛星的集合)承擔部分發射任務。

  優勢

  快速 靈活

  3D打印火箭的明顯優勢是長期成本更低,同時也能令制造火箭的速度更快。“相對論”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火箭。

  一般來説,火箭由有效載荷、制導、推進和結構這四個主要係統組成,每一次成功發射的背後都需要大量的勞動力和龐大的供應商網絡協同工作。因此,傳統火箭公司需要24~48個月才能做好一個火箭。

  “相對論”太空公司希望通過精簡供應鏈以大幅縮短生産時間。他們試圖自給自足,在公司內部打印火箭95%的部件,其余僅5%的電纜、芯片或橡膠部件外購。

  3D打印火箭的另一優勢是智能流程和質量控制。通過3D打印,“相對論”太空公司引入了軟件定義的自動化技術,與傳統工廠使用的有限工具相比,可以確保設計的平穩和靈活改動。

  願景

  到火星上打印城市

  “相對論”太空公司的目標是將大約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,後者是前者的50多倍。因此,它並非要與SpaceX競爭,而是專注于將較小的衛星送入低地球軌道——目前,太空市場上最小的火箭只能攜帶150公斤的有效載荷。

  “相對論”太空公司的最終目標不僅是在太空産業中的軌道衛星市場分一杯羹,其更長遠的目標是登陸火星。“人類在火星上的生活”一直是其賣點,該公司對這一願景深信不疑。公司首席執行官埃利斯想要制造出第一個到達火星的3D打印火箭。到達火星後,埃利斯和他的團隊想要在火星上創建一個自給自足的城市。

  “智能自動化和輕便、緊湊的3D打印是快速構建資源稀缺的新社會所需的基礎技術。”埃利斯説。

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

  據報道,“相對論”太空公司已獲得了進入佛羅裏達州卡納維拉爾角發射基地16號發射復合體的許可,並獲得了使用一個發射基地的許可,以執行發射極地和太陽同步軌道衛星的任務。

  質疑

  公關噱頭

  “相對論”太空公司的懷疑者和反對者認為,航天工業並沒有像其他一些産業一樣迅速産生變革,這是有充分理由的:火箭制造需投入巨額資金,火箭會爆炸,有時還會危及人的生命。

  雖然同樣在探索3D打印火箭部件,來自火箭實驗室的貝克認為,“3D打印的結果有時會更貴,更耗時。”而且,很多時候“宣布已經做出了第一個任何吸引人的東西”是小型創業公司的公關噱頭。

  不過,也有業內人士認為,雖然3D打印整個火箭是不現實的,但這個嘗試也將産生“有用的副産品”。文/廣州日報全媒體記者溫俊華編譯

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【糾錯】 責任編輯: 淩紀偉
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