2019年10月，南極熊注意到，美國火箭行業新貴Relativity“相對論”太空公司獲得了1.4億美元的投資,用以推進其看似瘋狂的太空愿景:整個火箭,并將其送上太空。當像SpaceX和藍色起源投資于可重復使用的火箭時,“相對論”太空公司質疑,為什么不把所有的部件都3D打印出來,并實現整個過程的自動化?

據報道,“相對論”太空公司4年前成立于西雅圖,目前部在洛杉磯,由兩名90后火箭工程師創立:執行官蒂姆·埃利斯(Tim Ellis)曾在藍色起源公司從事推進器和3D打印研發,技術官喬丹·諾恩(Jordan Noone)曾是藍色起源的實生,后來在SpaceX擔任推進發展工程師。

△全金屬3D打印火箭

事實上,正是在藍色起源工作時,埃利斯*次有了3D打印火箭的想法。他認為,太空行業的未來是3D打印,而不僅僅是重復利用整個運載火箭。“創辦一家火箭公司很難,創辦一家3D打印公司也很難,同時創辦這兩家公司更是難上加難。除非我們開發出金屬,否則我們是不會發射火箭的。” 埃利斯說。

△金屬3D打印機STARGATE“星際之門”工廠

目前,“相對論”太空公司在洛杉磯的工廠制造火箭部件,公司建造了世界上*的3D金屬打印機“星際之門”。“星際之門”有一個房間那么大,利用電子控制系統、熱成像照相機和安裝在材料存放處附近的傳感器組合在一起,來打印出由更堅固、可靠的合金火箭。此外,公司還擁有一個內部冶金和材料表征實驗室。

△Relativity Space HQ的Stargate 金屬3D打印機

“相對論”太空公司設計的全3D打印引擎名為Aeon 1,使用液氧和甲烷作為推進劑。Aeon 1發動機*突出的性能是其簡約性——通過減少發動機燃燒室，點火器，渦輪泵，反作用力推進器和車輛增壓系統中的零件數量，它只有100個左右的零件,而大多數火箭發動機通常有數千個零件。據稱,這個發動機不用60天就能打印出來。該公司表示,他們已經在位于密西西比州的美國宇航局斯坦尼斯航天中心對Aeon 1火箭發動機進行了200多次高溫測試。

△3D打印的Relativity Space Aeon發動機點火

全金屬3D打印火箭技術優勢

Relativity聲稱，在數年之內，Stargate工廠將可以在60天內打印出世界上*枚全3D打印火箭Terran。Stargate的技術實現了全新的價值鏈和創新的結構設計。Stargate工廠可以提高改善Terran 1火箭的設計，生產，質量和速度的能力，優勢包括：

零固定工具，減少零件數量；

更快的設計迭代和零件優化；

實時質量控制和零件檢查，在3D打印期間和之后檢查零件，以確保它們符合*的均勻度和質量標準；

傳感器和分析驅動的機器學；

Relativity開發了多種專為3D打印設計的專有合金，以滿足關鍵任務性能。

Relativity認為，一般來說,火箭由有效載荷、制導、推進和結構這四個主要系統組成。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年或更長時間內制造出包含100,000多個零件的昂貴火箭。

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*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、軟件和數據驅動的3D打印技術。

Stargate工廠整合了世界上*的金屬3D打印機和AI驅動的控件，不斷優化生產，從而大大提高了質量和時間，降低了成本，并可以實現制造以前不可能的產品設計。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*家全3D打印火箭應用的公司，Terran 1是Relativity*個應用產品。在20年內，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構要求的物理性能、內部材料表征實驗室，可快速迭代新合金的開發。

智能控制，實時質量控制和零件檢查，智能數據驅動制造，機器學控制算法，增材減材一體化的金屬3D打印，可實現復雜的幾何形狀。

傳感器與分析，自動化機器人和路徑規劃，在制造過程中捕獲驗證和確認數據，系統架構靈活且高度可擴展，基于云的制造模擬和培訓

全金屬3D打印火箭Terran 1性能數據

Terran 1由Relativity在美國設計和制造，是一款真正的下一代運載火箭，專為未來的星座部署和補給而設計。其開創性和的架構旨在滿足衛星客戶不斷變化的需求，同時提供市場上*敏捷，*經濟實惠的發射服務。

*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 發動機；二級火箭1個Aeon Vac發動機，可重啟推力：近地軌道每臺發動機19,500 lbf-vac，組合175,500 lbf-vac；太陽同步軌道22,500 lbf-vac

公眾質疑

Relativity太空公司的目標是將大約1250公斤的物體送入軌道，這與SpaceX的獵鷹重型火箭64噸的有效載荷相比是微不足道的，后者是前者的50多倍。因此,它并非要與SpaceX競爭,而是專注于將較小的衛星送入低地球軌道——目前,太空市場上*小的火箭只能攜帶150公斤的有效載荷。

“相對論”太空公司的懷疑者和反對者認為,航天工業并沒有像其他一些產業一樣迅速產生變革,這是有充分理由的:火箭制造需投入巨額資金,火箭會爆炸,有時還會危及人的生命。

雖然同樣在探索3D打印火箭部件,來自火箭實驗室的貝克認為,“3D打印的結果有時會更貴,更耗時。”而且,很多時候“宣布已經做出了*個任何吸引人的東西”是小型創業公司的公關噱頭。