60 天列印一枚火箭,這項技術可能改變航太業

作者 | 發布日期 2019 年 10 月 16 日 9:00 | 分類 3D列印 , 尖端科技 , 航太科技 follow us in feedly


今年 4 月,SpaceX 重型獵鷹完成首次商業發射,並首次成功回收三枚助推器,這對 SpaceX 和整個航太史來說都是里程碑,這意味著火箭發射的成本有望大大降低。

馬斯克曾表示一旦火箭回收常態化,能降低 99% 發射成本。儘管這個數字還有爭議,但不少專家都承認這是目前火箭發射性價比最高的方案。

除此之外還有沒有別的降低發射成本的方法?3D 列印是答案之一。

Relativity Space 就是一家計畫用 3D 列印技術製造火箭的公司,首席執行長是 29 歲的 Tim Ellis,曾在亞馬遜 CEO Jeff Bezos 旗下太空公司 Blue Origin 從事推進器和 3D 列印研發,另一位創始人 Jordan Noone 先後在 Blue Origin 和 SpaceX 工作過。

▲ Tim Ellis 站在 3D 金屬印表機 Stargate 前。

接受《Wired》雜誌採訪時,Tim Ellis 表示希望透過結合 3D 列印技術和人工智慧,像汽車流水線的機器人一樣製造火箭。

這一切都由幾台三層樓高(30 英尺)的機器 Stargate 完成,這也是目前世界最大的 3D 金屬印表機,據稱只要 60 天就可從原材料生產能發射的火箭。

最新型號的 Stargate 配備兩隻巨大機械手臂,列印大型零件時,機械手臂會將金屬融化後沉積成薄層,同時機械手臂尾端的列印頭會吹出一種惰性氣體為保護氣層,還能透過光學焊接不鏽鋼材料。

機械手臂的運動主要由 AI 演算法驅動,列印前會先模擬。機械手臂配備多種感測器收集視覺、環境和音訊等資料,增加零件後也能透過機器學習演算法自行調整,列印完畢後就接著自動組裝

火箭構造十分複雜,涉及大量精密儀器和元件,為了能列印出火箭,Relativity Space 不得不簡化火箭設計,以目前成功列印的火箭引擎 Aeon 1 為例,只有 100 個零件,一般火箭發動機至少需要數千個零件。

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進行 200 多次高溫測試。

接下來 Relativity Space 計畫從零開始列印運載火箭 Terran 1,如果成功,將是世界第一枚幾乎完全 3D 列印出來的火箭。Terran 1 所需零件比傳統火箭少 100 倍,95% 都是 3D 列印,只有剩餘 5% 的電纜、晶片或橡膠等需另外購買。

不過 Terran 1 只是小型運載火箭,設計有效載荷約 1,250 公斤,遠不如獵鷹 9 號(最大載荷 22.8 噸),而 Aeon 1 引擎 8.8 噸的真空推力,同樣不到獵鷹 9 號火箭引擎 Merlin 1D 的十分之一。

目前 Terran 1 最大優勢還是價格,以最大載荷發射到近地軌道,每次價格只需 1 千萬美元,而獵鷹 9 號要 6 千多萬美元。

今年 4 月 Relativity Space 與加拿大衛星通訊公司 Telesat 達成協定,拿下首筆商業訂單,承擔部分部署近地軌道衛星的工作。據悉 Relativity Space 計畫在 2021 年完成 Terran 1 的測試並發射。

Tim Ellis 表示,如果 Terran 1 發射成功,他們會把金屬 3D 印表機 Stargate 的體積再增大一倍,以生產更大型的火箭。Tim Ellis 的野心也不只是列印火箭,他更長遠的目標是在火星 3D 列印火箭。

我們正在構建一個演算法框架,我們認這種框架可將這套 3D 列印系統搬到其他星球執行。

其實 Relativity Space 並不是第一個將 3D 列印技術應用到航太領域的公司,SpaceX 和 Blue Origin 都曾採用 3D 列印的火箭零件;火箭實驗室(Rocket Lab)透過採用金屬 3D 列印技術生產的火箭引擎 Rutherford,已助推 6 枚火箭成功發射。

▲ 火箭實驗室的 3D 列印火箭引擎。(Source:3DPrint)

但完全由 3D 列印製造的火箭還沒有先例,遭到不少質疑。這到底是創舉還是噱頭?只能用一次次發射來證明了,畢竟當年馬斯克創辦 SpaceX 遭遇的唱衰和質疑,也遠遠不止這些。

(本文由 愛范兒 授權轉載;圖片來源:Relativity Space

延伸閱讀: