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(wù)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(guān)鍵部件（包括渦輪泵，噴射器和燃燒室）模擬實際發(fā)射任務(wù)條件的情況下進行的,。

Aeon 1從開機到結(jié)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(zé)人介紹,，3D打印技術(shù)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(yīng)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(yīng)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(xué)習(xí)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(jié)技術(shù),。
選擇性激光燒結(jié)技術(shù)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(jié)，并堆放在定義好的三維空間點,，創(chuàng)建預(yù)設(shè)的固體結(jié)構(gòu),。
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(yù)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(jié)不需要給進料器安裝支撐結(jié)構(gòu),，所以能夠構(gòu)造出許多傳統(tǒng)工藝無法完成的幾何形狀。

但激光燒結(jié)技術(shù)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(yù)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(jié)技術(shù)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(wù)的火箭，也是3D打印出來的,。
Relativity Space自行設(shè)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(wù)，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(dāng)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(yù)訂單最多的商業(yè)航天公司,。

明年的第一次任務(wù)，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(zé)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(xué)航空航天工程碩士學(xué)位,。

另外一位聯(lián)合創(chuàng)始人，Jordan Noone目前擔(dān)任CTO職位,，他曾是藍色起源動力系統(tǒng)實習(xí)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