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60 天列印一枚火箭,这项技术可能改变航太业

2020-06-05

60 天列印一枚火箭,这项技术可能改变航太业

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 SpaceX 和整个航太史来说都是里程碑,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% 发射成本。儘管这个数字还有争议,但不少专家都承认这是目前火箭发射性价比最高的方案。

除此之外还有没有别的降低发射成本的方法?3D 列印是答案之一。

Relativity Space 就是一家计画用 3D 列印技术製造火箭的公司,首席执行长是 29 岁的 Tim Ellis,曾在亚马逊 CEO Jeff Bezos 旗下太空公司 Blue Origin 从事推进器和 3D 列印研发,另一位创始人 Jordan Noone 先后在 Blue Origin 和 SpaceX 工作过。

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Tim Ellis 站在 3D 金属印表机 Stargate 前。

接受《Wired》杂誌採访时,Tim Ellis 表示希望透过结合 3D 列印技术和人工智慧,像汽车流水线的机器人一样製造火箭。

这一切都由几台三层楼高(30 英尺)的机器 Stargate 完成,这也是目前世界最大的 3D 金属印表机,据称只要 60 天就可从原材料生产能发射的火箭。

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最新型号的 Stargate 配备两只巨大机械手臂,列印大型零件时,机械手臂会将金属融化后沉积成薄层,同时机械手臂尾端的列印头会吹出一种惰性气体为保护气层,还能透过光学焊接不鏽钢材料。

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机械手臂的运动主要由 AI 演算法驱动,列印前会先模拟。机械手臂配备多种感测器收集视觉、环境和音讯等资料,增加零件后也能透过机器学习演算法自行调整,列印完毕后就接着自动组装

火箭构造十分複杂,涉及大量精密仪器和元件,为了能列印出火箭,Relativity Space 不得不简化火箭设计,以目前成功列印的火箭引擎 Aeon 1 为例,只有 100 个零件,一般火箭发动机至少需要数千个零件。

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不到 20 天就能列印出一台引擎,且 Aeon 1 火箭引擎已在密西西比州的斯坦尼斯航太中心进行 200 多次高温测试。

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接下来 Relativity Space 计画从零开始列印运载火箭 Terran 1,如果成功,将是世界第一枚几乎完全 3D 列印出来的火箭。Terran 1 所需零件比传统火箭少 100 倍,95% 都是 3D 列印,只有剩余 5% 的电缆、晶片或橡胶等需另外购买。

不过 Terran 1 只是小型运载火箭,设计有效载荷约 1,250 公斤,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。

目前 Terran 1 最大优势还是价格,以最大载荷发射到近地轨道,每次价格只需 1 千万美元,而猎鹰 9 号要 6 千多万美元。

今年 4 月 Relativity Space 与加拿大卫星通讯公司 Telesat 达成协定,拿下首笔商业订单,承担部分部署近地轨道卫星的工作。据悉 Relativity Space 计画在 2021 年完成 Terran 1 的测试并发射。

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Tim Ellis 表示,如果 Terran 1 发射成功,他们会把金属 3D 印表机 Stargate 的体积再增大一倍,以生产更大型的火箭。Tim Ellis 的野心也不只是列印火箭,他更长远的目标是在火星 3D 列印火箭。

其实 Relativity Space 并不是第一个将 3D 列印技术应用到航太领域的公司,SpaceX 和 Blue Origin 都曾採用 3D 列印的火箭零件;火箭实验室(Rocket Lab)透过採用金属 3D 列印技术生产的火箭引擎 Rutherford,已助推 6 枚火箭成功发射。

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火箭实验室的 3D 列印火箭引擎。

但完全由 3D 列印製造的火箭还没有先例,遭到不少质疑。这到底是创举还是噱头?只能用一次次发射来证明了,毕竟当年马斯克创办 SpaceX 遭遇的唱衰和质疑,也远远不止这些。



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