3D打印火箭發(fā)動機真被做出來了,，發(fā)射報價不到獵鷹9的五分之一

來源：量子位

6200萬美元,，這是馬斯克透露的獵鷹9火箭單次任務報價。
這個價格,，已經(jīng)讓業(yè)內(nèi)驚呼「白菜價」了,。
但另一家商業(yè)航天公司給出報價甚至不到它的五分之一,！
這種真正「白菜價」的火箭，由Relativity Space開發(fā)生產(chǎn),，并且是3D打印的,。
最近這一型火箭剛剛完成首次發(fā)動機地面點火試運行實驗。

「全周期」點火實驗

Relativity Space這次進行地面點火試運行測試的火箭發(fā)動機型號為Aeon 1,，采用甲烷和液氧作為動力,，單個發(fā)動機最大推力23000磅（10.43噸）。

而美東時間11月9日完成的地面點火實驗,，稱作全周期實驗,，意思就是一級發(fā)動機從點火到分離的整個工作過程，一般幾分鐘左右。
在NASA的Stennis航天中心進行這次測試，是在發(fā)動機的所有關鍵部件（包括渦輪泵,，噴射器和燃燒室）模擬實際發(fā)射任務條件的情況下進行的,。

Aeon 1從開機到結束總共187秒，首次完成全周期實驗,，這說明這款發(fā)動機的工作性能得到初步驗證。

而從今年2月開始，Relativity Space對Aeon 1進行了頻繁的點火測試,，共有300多次，持續(xù)時間從幾秒到幾十秒,。

這次的全周期點火實驗成功,，說明Aeon 1已經(jīng)真正具備商用潛力，它可能成為全球第一款投入商用的3D打印火箭發(fā)動機,。
價格低,、生產(chǎn)周期快是3D打印火箭發(fā)動機最重要的特點，也是最吸引客戶的地方,。
與傳統(tǒng)火箭發(fā)動機相比,，3D打印出來的，具體有哪些特殊之處呢,？

「打印」一臺火箭發(fā)動機
據(jù)Relativity Space公司負責人介紹,，3D打印技術可以一次成型制作零件，這使得生產(chǎn)一臺發(fā)動機的周期和工序都大大減少,。

目前一臺Aeon 1有三個大的部件,，總共100多個零件，平均制造周期只有一個月,。
傳統(tǒng)火箭一般都有幾千個零部件,，生產(chǎn)周期至少需要六個月左右，這其中大部分時間要花在供應鏈訂購不同產(chǎn)品上,。
相比之下,，Relativity Space的3D打印工廠將傳統(tǒng)的供應鏈縮短為一站式制造方式,。
「打印機」本身，是Relativity Space自己開發(fā)的Stargate3D打印機,。

Stargate配備了多臺激光Kuka機器人手臂和打印頭,，提高3D打印速度。同時,，Stargate還有機器學習算法加持,，能夠不斷提高打印精度。

如何使用金屬材料進行3D打印
與我們平常生活中常見的樹脂等軟性材料3D打印不同,，以金屬作為材料的Stargate3D打印機,，采用的是選擇性激光燒結技術。
選擇性激光燒結技術的原理和選擇性激光熔化相同,，兩者都是同一概念的不同實例,。
工作時，打印機使用高功率激光器將材料粉末融化燒結,，并堆放在定義好的三維空間點,，創(chuàng)建預設的固體結構。
具體來說,，激光通過掃描粉零件的三維數(shù)字描述（例如來自CAD文件或掃描數(shù)據(jù)）生成的橫截面,，來選擇性地熔化粉末材料，將其堆放至粉末床上,。
每完成一個截面,，粉末床會降低一層厚度，以便在上面涂抹新的材料,。

△圖片來自Wikipedia

由于成品零件密度取決于激光峰值功率,，而不是激光持續(xù)時間，所以機器通常使用脈沖激光作業(yè),。SLS機器將粉床中的散裝粉末材料預熱到略低于其熔點的位置,，以便于激光將選定區(qū)域的溫度提高到熔點的其余部分與其他一些快速成型制造工藝（如立體光刻SLA）相比，激光燒結不需要給進料器安裝支撐結構,，所以能夠構造出許多傳統(tǒng)工藝無法完成的幾何形狀,。

但激光燒結技術也有自身的難點，比如一臺普通的打印機功率消耗就高達5千瓦,。并且作業(yè)時的預熱,、熔化和存儲三個階段的溫度誤差必須控制在2℃以內(nèi),。
所以對于普通玩家來說,，選擇性激光燒結技術是一個昂貴的玩具，但對于航天制造業(yè)來說,，它的成本仍然是前所未有的低廉,。

好火箭,，白菜價，不到獵鷹9的五分之一
打印火箭發(fā)動機,，只是Relativity Space商業(yè)航天計劃的一個環(huán)節(jié),。
2021年，Relativity Space會進行首次火箭發(fā)射,，而執(zhí)行任務的火箭,，也是3D打印出來的。
Relativity Space自行設計的這款火箭名叫Terran,，第一級安裝9臺Aeon 1發(fā)動機,，第二級安裝一臺Aeon 1發(fā)動機。

Terran火箭可以將1250千克的有效載荷運送至低地球軌道,，如果500km高度的太陽同步軌道任務,，Terran火箭的有效載荷會下降到900千克。
Terran的整流罩直徑為3米,，是SpaceX Falcon 9火箭整流罩的一半多一點,，是小型火箭制造商Rocket Lab的Electron火箭整流罩的三倍。
Relativity Space官網(wǎng)給出的單次商業(yè)發(fā)射報價為1200萬美元,，而CEO在接受外媒采訪時透露單次發(fā)射的成本為1000萬美元,。
之前馬斯克曾透露過，SpaceX的獵鷹9火箭單次發(fā)射報價6200萬美元,，利潤超過30%,，一次發(fā)射的成本4340萬美元。

但1200萬美元的Terran才是真正「白菜價」火箭,。
當然,，獵鷹9屬于重型火箭，跟Terran不是一個級別,，運載能力也差很多,。
但這樣的尺寸在成本和運載性能上取了一個平衡點，能夠滿足很多類型客戶的需求,。
比如Terran可以單次只發(fā)射一顆衛(wèi)星,。對于有這樣需求的客戶來說，如果選擇獵鷹9,，可能不得不「拼單」,，多了不可控因素。
其實,，Relativity Space已經(jīng)和銥星公司,、北美電信運營商Telesat、NASA等等簽下了商業(yè)訂單,。
Relativity Space的CEO在接受外媒采訪時說,，目前Relativity Space是除了SpaceX之外,，接受預訂單最多的商業(yè)航天公司。

明年的第一次任務,，Terran不會帶任何商業(yè)訂單,，僅作為一次實驗和演示。一旦首次發(fā)射順利,，明年年內(nèi)就會開始正式商業(yè)運營,。

90后創(chuàng)始人
Relativity Space的兩名創(chuàng)始人，分別從SpaceX和藍色起源走出,。
聯(lián)合創(chuàng)始人兼CEOTim Ellis,，1990年出生。于2011年進入藍色起源,，主要負責火箭推進系統(tǒng)和渦輪機械方面的工作,，他擁有南加州大學航空航天工程碩士學位。

另外一位聯(lián)合創(chuàng)始人,，Jordan Noone目前擔任CTO職位,，他曾是藍色起源動力系統(tǒng)實習生，而后于2014年進入SpaceX,，并參與龍飛船的SuperDraco 推進器項目,。

在2015年，他們分別離開SpaceX和藍色起源后,，創(chuàng)立了Relativity Space,。公司團隊的其他成員也有維珍銀河、波音等航空航天公司的工作經(jīng)驗,。
參考鏈接
https://arstechnica.com/science/2020/11/relativity-space-completes-full-duration-test-fire-of-its-aeon-1-rocket-engine/
https://en.wikipedia.org/wiki/Selective_laser_sintering