全球首枚全3D打印火箭即將發(fā)射，美國太空公司Relativity Space

南極熊導讀：3D打印技術可以幫助人類更好的開拓星際旅行。目前，許多火箭公司都已經(jīng)在應用。

△Relativity Space3D打印火箭發(fā)動機全周期點火實驗

南極熊獲悉，3D打印火箭創(chuàng)業(yè)公司Relativity Space，最快有望在2022年夏季，發(fā)射首枚全金屬3D打印火箭。原來目標日期2020年，變更為今年夏季，比原定計劃大約晚了18個月。如果它這次成功實現(xiàn)發(fā)射Terran 1（人族1），那就意味著在商業(yè)發(fā)射行業(yè)站穩(wěn)了腳跟。

△火箭機庫和發(fā)射臺基礎設施，已于2022年4月完工

最新進展
Relativity首席財務官Mo Shahzad說，發(fā)射前的各項測試已于上周結(jié)束，火箭將于5月31日從加利福尼亞州長灘，運到佛羅里達州卡納維拉爾角發(fā)射場。

人族1號可將重達1000公斤（2204磅）的有效載荷送入預定軌道。據(jù)Shahzad稱，首次發(fā)射是為了產(chǎn)品演示。雖然還沒有正式發(fā)射，但是，目前已與美國宇航局和國防部的創(chuàng)新部門，簽署了后續(xù)發(fā)射合同。

△火箭人族1（左）與人族R（右）體積對比

火箭發(fā)射需求高速增長
Shahzad表示，公司正在開發(fā)的另一款火箭——人族R，可重復使用；同時，對比人族1號的有效載荷提高近20倍，為運輸商業(yè)級衛(wèi)星等重型貨物而研發(fā)。展望未來，鑒于客戶對這種大型火箭的商業(yè)需求，“我們將優(yōu)先考慮Terran R”。

Relativity公司的員工人數(shù)在過去兩年中增長了五倍，達到近800人，已從投資者Mark Cuban、Blackrock 、Tiger Global Management LLC和Jared Leto等融資了約13億美元。

△Terran 1配備9個Aeon火箭發(fā)動機

技術優(yōu)勢（60天造全金屬3D打印火箭）
人族 1發(fā)動機最突出的性能是簡約性——通過減少發(fā)動機燃燒室、點火器、渦輪泵、反作用力推進器和車輛增壓系統(tǒng)中的零件數(shù)量，它只有100個左右的零件，而大多數(shù)火箭發(fā)動機通常有數(shù)千個零件。據(jù)稱,這個發(fā)動機不用60天就能打印出來。

△3D打印的Relativity Space Aeon發(fā)動機

Stargate的專利技術實現(xiàn)了全新價值鏈和創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)設計。 Stargate工廠可以提高改善Terran 1火箭的設計，生產(chǎn)，質(zhì)量和速度的能力，優(yōu)勢包括：

• 零固定工具，減少零件數(shù)量
• 更快的設計迭代和零件優(yōu)化
• 實時質(zhì)量控制和零件檢查，在3D打印期間和之后檢查零件，以確保它們符合最高的均勻度和質(zhì)量標準
• 傳感器和分析驅(qū)動的機器學習
• Relativity開發(fā)了多種專為3D打印設計的專有合金，以滿足關鍵任務性能
  

金屬3D打印技術，助力新的火箭制造模式
Relativity建立的星際之門Stargate工廠，這是第一個使火箭制造自動化的航空航天平臺，垂直集成了智能機器人技術、軟件和數(shù)據(jù)驅(qū)動的3D打印技術。

△充分利用3D打印特有的技術優(yōu)勢

Stargate工廠整合了世界上最大的金屬3D打印機和AI驅(qū)動的控件，不斷優(yōu)化生產(chǎn)，從而大大提高了質(zhì)量和時間，降低了成本，并可以實現(xiàn)制造以前不可能的產(chǎn)品設計。自己即可打印火箭95%的部件,其余僅5%的電纜、芯片或橡膠部件外購。

作為第一家全3D打印火箭應用的公司，人族該1是Relativity第一個應用產(chǎn)品。該公司宣稱， 在20年內(nèi)，他們的星際之門工廠將擴展到整個航空航天領域。

△一個全新的價值鏈：專門針對3D打印的設計部件→選擇適合的原材料→金屬3D打印成型→達到低成本、高效率的火箭制造目標

△專為Stargate設計的高強度合金線材。旨在滿足關鍵任務結(jié)構(gòu)要求的物理性能、內(nèi)部材料表征實驗室，可快速迭代新合金的開發(fā)

△智能控制，實時質(zhì)量控制和零件檢查，智能數(shù)據(jù)驅(qū)動制造，機器學習控制算法，增材減材一體化的金屬3D打印，可實現(xiàn)復雜的幾何形狀

△傳感器與分析，自動化機器人和路徑規(guī)劃，在制造過程中捕獲驗證和確認數(shù)據(jù)，系統(tǒng)架構(gòu)靈活且高度可擴展，基于云的制造模擬和培訓

Relativity認為，一般來說,火箭由有效載荷、制導、推進和結(jié)構(gòu)這四個主要系統(tǒng)組成。它60年一直依靠大型工廠、固定工具、復雜的供應鏈和大量的體力勞動，在2年或更長時間內(nèi)制造出包含100000多個零件的昂貴火箭。

△最大有效載荷：近地軌道1,250 KG至185 KM ；太陽同步軌道900 kg to 500 km ，700 kg to 1200 km

一級火箭9個Aeon 1 發(fā)動機；二級火箭1個Aeon Vac發(fā)動機，可重啟。
推力：近地軌道每臺發(fā)動機19,500 lbf-vac，組合175,500 lbf-vac；太陽同步軌道22,500 lbf-vac。

競爭激烈的太空業(yè)務
Relativity采用3D打印技術生產(chǎn)火箭，要與其他火箭初創(chuàng)公司和更成熟的航空航天公司，在激烈的市場中競爭，如埃隆馬斯克的Space Exploration、Technologies Corp、Rocket Lab USA、Virgin Orbit Holdings、Astra Space和Jeff Bezos的Blue Origin LLC等。

△Relativity Space的室內(nèi)3D打印技術

但是，Relativity表示，鑒于特有的3D打印生產(chǎn)能力，它可以比競爭對手更快地制造火箭和滿足客戶發(fā)射任務，90%以上的火箭由機器“打印”，對比傳統(tǒng)制造工藝，有效降低了成本。

Relativity正在將Terran R的開發(fā)轉(zhuǎn)移到長灘機場附近一家更大的工廠，占地100萬平方英尺（93000平方），波音公司曾在這里制造C-17軍用貨機。該公司還表示，未來希望利用3D打印技術在火星上建立工業(yè)基地。

△Relativity的人族火箭工廠的效果圖

Relativity Space 最近事件時間表：
> 2021年10月：人族1號進行第一階段測試，包括防水、低溫和飛行壓力測試；
> 2021年12月：在LC-16完成了“雨鳥”測試�！坝犋B”是水系統(tǒng)的一部分，將用于減輕起飛時的聲學影響；
> 2021年12月：在NASA位于密西西比州的斯坦尼斯航天中心，建造了一個新的雙艙試驗臺，該公司在那里進行發(fā)動機測試；
> 2022年1月：完成了第一臺真空發(fā)動機的完整測試，運行時間為310秒；
> 2022年2月：完成第一架全尺寸飛行器的結(jié)構(gòu)測試；
> 2022年3月：進入第二階段，從加利福尼亞總部運送到Stennis；
> 2022年4月：完成測試，在Stennis成功試射60秒；
> 2022年5月：進行運輸，從斯坦尼斯運送到佛羅里達。

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