全球第一艘3D打印火箭即将测试 最早2021年发射

2019年10月15日 19:59 次阅读 稿源:雷锋网 条评论

人们利用 3D 打印来生产一些小型的或便携式的东西已经不再稀奇。然而,很少有人能会利用这项技术来制造庞然大物,尤其是制造火箭——这听起来就像个天方夜谭的任务。不过,初创公司 Relativity Space 的创始人兼首席执行官 Tim Ellis 可不这么认为。

在 Relativity Space 公司洛杉矶总部的工厂里,有 4 台世界上最大的金属 3D 打印机,它们不分日夜地制造火箭零件。而且,该公司第一艘 3D 打印火箭马上就要送往密西西比州进行测试。

Relativity Space 公司最新型号的专利 3D 打印机名为“星际之门(Stargate)”,高 30 英尺,有两条巨大的机械手臂,像触角一样从机器主体上伸出来。Terren-1 火箭则是 Relativity Space 公司的第一枚火箭;按质量来算,这种火箭的 95% 都将由 Stargate 3D 打印机制造生产,只有一些电子设备、电缆、移动部件和橡胶垫圈不会被打印出来。

上图为 Relativity Space 公司首席技术官兼联合创始人 Jordan Noone

为了制造出 3D 打印的火箭,Tim Ellis 和他的团队不得不重新思考火箭的设计方式。这也就导致 Terren-1 火箭的零件将比同类火箭少 100 倍;例如,它的发动机 Aeon 仅由 100 个部件组成,而一个典型的液体燃料火箭可能有数千个部件。

Tim Ellis 声称,通过对零部件进行整合和优化,Relativity Space 公司将能够在 60 天内让火箭完成从"一堆原材料"到“登上发射台“的转变——至少在理论上可以实现。不过,Relativity Space 公司还没有组装出最终的 Terren-1 火箭,而且最早也要到 2021 年才能发射火箭。

在组装完成后,Terren-1 火箭将高达 100 英尺,能够将重达 2800 磅的卫星送入近地轨道——从这一方面来说,它比小型卫星发射装置要强,但远远低于大型火箭的有效载荷能力,如 SpaceX 的 Falcon 9。所以,Terren-1 火箭将特别适合运载中型卫星。

太空咨询公司 Northern Sky Research 的高级分析师 Shagun Sachdeva 表示,“Terren-1 火箭通过全面的测试将是 Tim Ellis 及其团队证明这项新技术的里程碑”。因为在那之后,该公司就可以开始解决其他问题,比如是否需要每 60 天就发射一枚新火箭。

实际上,Relativity Space 并不是唯一一家使用 3D 打印技术的火箭公司。SpaceX、Blue Origin、Rocket Lab 等公司也会使用这项技术来打印特定的部件。但是,Tim Ellis 认为,航天工业需要想得更长远,3D 打印火箭才是人类未来在火星与地球之间运输基础设施的关键。

Relativity Space 联合创始人 Tim Ellis 和 Jordan Noone 站在第二代 Stargate 3D打印机旁

29 岁的 Tim Ellis 和 26 岁的 Jordan Noone(Relativity Space 公司的联合创始人)从大学时代起就一直在制造火箭,他们曾在南加州大学鼎鼎大名的火箭团队工作,后来又在 Blue Origin 和 SpaceX 就职;在 Blue Origin 工作时,Tim Ellis 开始设想打造一个几乎不需要人手的机器人火箭工厂。不过,这个目标需要通过巨型 3D 打印机来实现。

如 Tim Ellis 所愿,后来他创立了 Relativity Space 公司,并拥有了自己的 3D 打印机和火箭工厂。Stargate 3D 打印机的第一个版本大约 15 英尺高,由三个机械臂组成;手臂用于焊接金属,监控打印机的进程,并纠正缺陷。

现在,Relativity Space 公司拥有了全新版本的 Stargate 3D 打印机,它的高度是原来的两倍,只有两条机械手臂,但能够完成的任务却比以前“三条手臂”更多了;除此之外,它还可以一次性打印出更大的组件,比如火箭的整流罩或燃料室。据悉,下一版本的 Stargate 3D 打印机将再次扩大一倍,这对公司制造更大的火箭更有帮助。

Tim Ellis 透露,Relativity Space 公司制造火箭的真正秘密在于,利用人工智能来“告诉”3D 打印机该做什么。在打印之前,工作人员会对打印结果进行模拟,然后对 3D 打印机进行培训,以降低不良率。随着新部件不断被制造出来,机器学习算法也在变得更好,直到它最终能够自己纠正 3D 打印的效果。

Stargate 3D 打印机正在制造火箭部件

在未来,3D 打印机将认识到自己的错误,自己控制切割和添加金属,直到生产一个完美的部件。Tim Ellis 认为这是将自动化制造带到其他世界的关键。他说道:

如果要在火星上使用 3D 打印技术,首先需要一个能够适应不确定条件的系统。所以,我们正在建立一个算法框架,让它可以适应不同星球的环境。

然而,并不是所有人都赞同 Relativity Space 公司制造火箭的方式。初创公司 Launcher Space 也在使用 3D 打印技术,但该公司首席执行官 Max Haot 认为:

在航空航天行业,每个人都在尽可能快地利用 3D 打印技术,尤其是在发动机零部件领域。问题是,与传统的火箭制造方法相比,3D 打印是否值得?我们对这个问题持否定态度。

目前,Relativity Space 公司已经与几家主要的卫星运营商签署了价值数亿美元的协议,其中包括 Telesat LEO 和 Momentus;Tribe Capital 合伙人 Arjun Sethi 也投资了 Relativity Space 公司,他还认为亚马逊的 AWS 云服务可以为规模较小的太空公司提供关键的基础设施。

北方天空研究公司的 Sachdeva 认为,Relativity Space 公司在航天 3D 打印方面的专业知识可能会有超越火箭本身的持久价值。Sachdeva 说:

对于整个行业来说,这是一个相当大的进步。

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