60天造全金屬3D打印火箭,，Relativity要顛覆SpaceX嗎,？

2019年10月,，南極熊注意到，美國火箭行業(yè)新貴Relativity“相對論”太空公司獲得了1.4億美元的投資,用以推進其看似瘋狂的太空愿景:3D打印整個火箭,并將其送上太空,。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,為什么不把所有的部件都3D打印出來,并實現(xiàn)整個過程的自動化?

據(jù)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)曾在藍色起源公司從事推進器和3D打印研發(fā),首席技術官喬丹·諾恩(Jordan Noone)曾是藍色起源的實習生,后來在SpaceX擔任推進發(fā)展工程師,。
△全金屬3D打印火箭

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(yè)的未來是3D打印,而不僅僅是重復利用整個運載火箭,�,！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,否則我們是不會發(fā)射火箭的,�,！� 埃利斯說。

△金屬3D打印機STARGATE“星際之門”工廠

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”,�,！靶请H之門”有一個房間那么大,利用電子控制系統(tǒng)、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征實驗室。

△Relativity Space HQ的Stargate 金屬3D打印機

“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(fā)動機最突出的性能是其簡約性——通過減少發(fā)動機燃燒室,，點火器，渦輪泵,，反作用力推進器和車輛增壓系統(tǒng)中的零件數(shù)量,，它只有100個左右的零件,而大多數(shù)火箭發(fā)動機通常有數(shù)千個零件。據(jù)稱,這個發(fā)動機不用60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(fā)動機進行了200多次高溫測試,。

△3D打印的Relativity Space Aeon發(fā)動機點火

全金屬3D打印火箭技術優(yōu)勢

Relativity聲稱，在數(shù)年之內,，Stargate工廠將可以在60天內打印出世界上第一枚全3D打印火箭Terran,。 Stargate的專利技術實現(xiàn)了全新的價值鏈和創(chuàng)新的結構設計。 Stargate工廠可以提高改善Terran 1火箭的設計,，生產,，質量和速度的能力,，優(yōu)勢包括：

• 零固定工具，減少零件數(shù)量
• 更快的設計迭代和零件優(yōu)化
• 實時質量控制和零件檢查,，在3D打印期間和之后檢查零件,，以確保它們符合最高的均勻度和質量標準
• 傳感器和分析驅動的機器學習
• Relativity開發(fā)了多種專為3D打印設計的專有合金，以滿足關鍵任務性能
  

Relativity認為,，一般來說,火箭由有效載荷,、制導、推進和結構這四個主要系統(tǒng)組成,。它60年一直依靠大型工廠,、固定工具、復雜的供應鏈和大量的體力勞動,，在2年或更長時間內制造出包含100,000多個零件的昂貴火箭,。


金屬3D打印技術，助力新的火箭制造模式

Relativity建立的星際之門Stargate工廠,，這是第一個使火箭制造自動化的航空航天平臺,，垂直集成了智能機器人技術、軟件和數(shù)據(jù)驅動的3D打印技術,。


Stargate工廠整合了世界上最大的金屬3D打印機和AI驅動的控件,，不斷優(yōu)化生產，從而大大提高了質量和時間,，降低了成本,，并可以實現(xiàn)制造以前不可能的產品設計。自己即可打印火箭95%的部件,其余僅5%的電纜,、芯片或橡膠部件外購,。

作為第一家全3D打印火箭應用的公司，Terran 1是Relativity第一個應用產品,。 在20年內,，他們的星際之門工廠將擴展到整個航空航天領域,。



△一個全新的價值鏈：專門針對3D打印的設計部件→選擇適合的原材料→金屬3D打印成型→達到低成本,、高效率的火箭制造目標




△專為Stargate設計的高強度合金線材。旨在滿足關鍵任務結構要求的物理性能,、內部材料表征實驗室,，可快速迭代新合金的開發(fā)。



△智能控制,，實時質量控制和零件檢查,，智能數(shù)據(jù)驅動制造，機器學習控制算法,，增材減材一體化的金屬3D打印,，可實現(xiàn)復雜的幾何形狀,。



△傳感器與分析，自動化機器人和路徑規(guī)劃,，在制造過程中捕獲驗證和確認數(shù)據(jù),，系統(tǒng)架構靈活且高度可擴展，基于云的制造模擬和培訓

全金屬3D打印火箭Terran 1性能數(shù)據(jù)
Terran 1由Relativity在美國設計和制造,，是一款真正的下一代運載火箭,，專為未來的星座部署和補給而設計。其開創(chuàng)性和獨特的架構旨在滿足衛(wèi)星客戶不斷變化的需求,，同時提供市場上最敏捷,，最經濟實惠的發(fā)射服務。

最大有效載荷：近地軌道1,250 KG至185 KM ,；太陽同步軌道900 kg to 500 km ,，700 kg to 1200 km

一級火箭9個Aeon 1 發(fā)動機；二級火箭1個Aeon Vac發(fā)動機,，可重啟
推力：近地軌道每臺發(fā)動機19,500 lbf-vac,，組合175,500 lbf-vac；太陽同步軌道22,500 lbf-vac

公眾質疑
Relativity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,，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,。

“相對論”太空公司的懷疑者和反對者認為,航天工業(yè)并沒有像其他一些產業(yè)一樣迅速產生變革,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�,！倍���,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(chuàng)業(yè)公司的公關噱頭,。