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3D打印火箭 两年后飞太空?

2019-11-25 15:42:58
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科学技术前沿

3d打印正在渗透火箭行业:spacex早在2014年就推出了首个3d打印组件主氧化剂阀体。蓝色原点还将3d打印组件集成到其强大的be-4引擎中。在3d打印火箭行业处于领先地位的火箭实验室使用金属3d打印技术生产火箭发动机。甚至美国国家航空航天局(nasa)也在研究用3d打印机可以更可靠、更便宜地制造哪些航天器部件。

但是,即使是活跃在3d打印火箭技术前沿的工程师也认为相对论空间,火箭行业的新贵,是疯狂的:它想要打印几乎整个火箭,并将它的部件数量从100,000个减少到不到1,000个,3d打印火箭从生产到发射只需要60天。

据美国媒体报道,新近富裕的火箭行业相对论航天公司(Relativity Space Company)最近获得了1.4亿美元的投资,以推进其看似疯狂的太空愿景:将整个火箭打印成3d并送入太空。当太空探索公司(spacex)和蓝色起源公司(Blue Origins)等投资用于可重复使用的火箭时,相对论太空公司(Relativity Space)质疑为什么不将所有零件打印成3d,并使整个过程自动化。

据报道,“相对论”航天公司四年前成立于西雅图,目前总部位于洛杉矶。它是由两位90后火箭工程师创建的:首席执行官蒂姆·埃利斯(tim ellis)在蓝色起源公司(Blue Origin)从事推进器和3d打印的研发工作。首席技术官乔丹·努恩是蓝色起源公司的实习生,后来在spacex公司担任推进开发工程师。

事实上,埃利斯是在蓝色起源首次提出3d打印火箭的想法的。他认为航天工业的未来是3d打印,而不仅仅是重复使用整个运载火箭。“建立火箭公司和3d打印公司非常困难,建立这两个公司甚至更加困难。除非我们开发金属3d打印技术,否则我们不会发射火箭。”埃利斯说。

目前,“相对论”航天公司在其洛杉矶工厂制造火箭部件。该公司建造了世界上最大的3d金属打印机“星际之门”“星际之门”有一个房间那么大,使用电子控制系统、热成像摄像机和安装在材料仓库附近的传感器来打印出更坚固可靠的合金火箭。此外,该公司还有一个内部冶金和材料表征实验室。

相对论太空公司设计的全3d打印引擎被称为aeon 1,使用液氧和甲烷作为推进剂。aeon 1发动机最突出的性能是它的简单性——它只有100个部件,而大多数火箭发动机通常有数千个部件。据说引擎可以在20天内打印出来。该公司表示,已经在美国宇航局位于密西西比的史坦尼斯航天中心对永旺1号火箭发动机进行了200多次高温测试。

使用星际之门金属打印机和九个aeon 1引擎,该公司从头开始建造了第一个名为terrain 1的运载火箭,并在其上层(多级火箭第一级上方的部分)安装了一个引擎。Terrain 1的设计有效载荷约为1250公斤,预计每次发射成本为1000万美元,被称为“世界上最具成本效益的发射器”。

根据相对论的计划,terrain 1将于2020年底完成测试,预计将于2021年发射。该公司已与加拿大卫星通信公司telesat达成协议,使用terran 1号承担低轨道卫星星座(一组可发射进入轨道并正常工作的卫星)的部分发射任务。

优势

快速灵活

3d打印火箭的明显优势是长期成本更低,火箭制造速度更快。相对论空间声称用原材料制造整个火箭只需要60天。

一般来说,火箭由四个主要系统组成:有效载荷、制导、推进和结构。在每次成功发射的背后,大量的劳动力和庞大的供应商网络共同努力。因此,传统的火箭公司需要24~48个月来制造火箭。

相对论太空公司希望通过精简供应链来大幅缩短生产时间。他们试图自给自足,在公司内部印刷95%的火箭部件,只外包剩余的5%电缆、芯片或橡胶部件。

3d打印火箭的另一个优点是智能过程和质量控制。通过3d打印,“相对论”航天公司引入了软件定义的自动化技术,与传统工厂中使用的有限工具相比,确保了设计的平滑和灵活变化。

视力

打印火星上的城市

相对论的目标是将大约1250公斤的物体送入轨道,这与spacex的猎鹰重型火箭64吨的有效载荷相比微不足道,后者是前者的50多倍。因此,它没有与spacex竞争,而是专注于将较小的卫星送入低地球轨道——目前,太空市场上最小的火箭只能运载150公斤的有效载荷。

相对论的最终目标不仅是在航天工业中获得一部分轨道卫星市场,而且是在更长期内登陆火星。“火星上的人类生命”一直是它的卖点,公司坚信这一愿景。首席执行官埃利斯想制造第一枚到达火星的三维打印火箭。到达火星后,埃利斯和他的团队想在火星上创建一个自给自足的城市。

“智能自动化和轻量、紧凑的3d打印是快速建立一个资源稀缺的新社会所需的基本技术。”埃利斯说。

在埃利斯看来,在3D打印火箭成功登陆火星后,在火星上对其他各种飞机部件、汽车甚至房屋进行3D打印将成为公司的一项轻松成就。

据报道,“相对论”航天公司已获得许可进入佛罗里达州卡纳维拉尔角发射基地的发射综合体16,并利用发射基地在发射地和太阳同步轨道上执行任务。

问题

公关噱头

相对论太空的怀疑者和反对者认为太空产业的变化没有其他产业快。这是有充分理由的:火箭制造需要巨额投资,火箭会爆炸,有时会危及人们的生命。

虽然也在探索3d打印火箭组件,但火箭实验室的贝克认为“3d打印结果有时会更昂贵和耗时。”此外,很多时候,“宣布他们做了第一件吸引人的事情”是对小型初创企业的宣传噱头。

然而,一些业内人士认为,尽管整个火箭的3d打印不现实,但这种尝试也会产生“有用的副产品”。

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