當(dāng)?shù)貢r(shí)間6月30日，Relativity Space宣布與全球空基通信公司OneWeb簽署了一份多年期、多次發(fā)射的發(fā)射服務(wù)協(xié)議，其報(bào)價(jià)高達(dá)12億美元。

而不久后，前者制造的全3D打印火箭即將升空。

文 | Carolyn Schwaar

如果今年夏天Terran 1在卡納維拉爾角 (Cape Canaveral) 成功發(fā)射，Relativity Space將成為第一家將全3D打印火箭送入太空的航空航天制造公司。在那之后，加州一家名為Launcher的初創(chuàng)公司將在SpaceX的幫助下，于太空部署由3D打印火箭引擎驅(qū)動(dòng)的軌道飛行器衛(wèi)星平臺。

3D打印——也被稱為增材制造——對航空航天工業(yè)的影響怎么估計(jì)都不為過。沒有任何其他技術(shù)能夠讓如此多的公司進(jìn)入這個(gè)行業(yè)，并在如此短的時(shí)間內(nèi)以如此低的成本交付車輛、發(fā)動(dòng)機(jī)和火箭等產(chǎn)品?，F(xiàn)在，隨著越來越多的商用3D打印機(jī)被證明能夠生產(chǎn)出符合太空價(jià)值的組件，新興火箭制造商的數(shù)量即將激增。

Relativity Space 3D打印火箭（第一階段）被運(yùn)入LC-16機(jī)庫，圖源：Trevor Mahlmann / Relativity Space

例如，總部位于英國的航空航天公司Orbex希望其3D打印火箭能在今年年底前在蘇格蘭升空，而該公司使用了德國制造商EOS最新的金屬3D打印機(jī)；在美國，年輕的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)制造商Ursa Major正在接收新的Arroway推進(jìn)引擎訂單，該引擎旨在取代目前無法獲得的、由俄羅斯制造的發(fā)動(dòng)機(jī)，且也是用現(xiàn)有的金屬3D打印機(jī)制造的。

“如果沒有3D打印，我們公司就不會存在。”曾在SpaceX工作了5年的Ursa Major先進(jìn)制造和材料總監(jiān)Jake Bowles說，“我們的發(fā)展與3D打印的存在和成熟密切相關(guān)?！?/p>

Jake Bowles說，Ursa Major計(jì)劃以更快的速度將發(fā)動(dòng)機(jī)推向市場。若想將制造時(shí)間從幾年縮減為幾個(gè)月，便只有通過3D打印機(jī)才有可能實(shí)現(xiàn)。

雖然Relativity Space和其他公司已經(jīng)為自己的火箭開發(fā)了專有的3D打印技術(shù)，但使用新的商業(yè)3D打印機(jī)能使Ursa Major控制成本，并快速迭代設(shè)計(jì)。

Jake Bowles表示：“我們的團(tuán)隊(duì)一直在評估新3D打印機(jī)公司推出的創(chuàng)新，因?yàn)樵诤娇蘸教旌秃教彀l(fā)射市場上有太多競爭了?！备鶕?jù)Strategic Market Research的預(yù)測，到2030年，全球的航空航天3D打印市場規(guī)模將達(dá)到92.7億美元。

各家公司都在競相為亞馬遜等公司提供最強(qiáng)大、最靈活、最廉價(jià)的選擇，因?yàn)楹笳呦Ｍ麑⑿l(wèi)星送入軌道，以提供全球性的寬帶服務(wù)、捕捉地球活動(dòng)的高分辨率圖像，甚至為超級富豪建立私人空間站酒店。

與美國宇航局 (NASA) 的航天飛機(jī)項(xiàng)目相比，增材制造技術(shù)可將發(fā)射成本降低95%，這為更多的軌道服務(wù)打開了大門，并推動(dòng)了火箭制造商之間的激烈競爭，而Launcher的公司標(biāo)語讀起來就像是沃爾瑪?shù)膹V告：“以最低成本進(jìn)入太空的任何地方?！?/p>

最近，Launcher獲得了來自美國太空部隊(duì) (U.S. Space Force) 的資金，以進(jìn)一步開發(fā)用于發(fā)射Launcher Light運(yùn)載工具的E-2——這是一款3D打印的高性能液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，計(jì)劃在2024年投入使用。美國太空部隊(duì)表示，“E-2有可能大幅降低通過專用小型運(yùn)載火箭將小型衛(wèi)星送入軌道的價(jià)格，對我們來說，這是一個(gè)關(guān)鍵能力和優(yōu)先事項(xiàng)?！?/p>

為了降低成本和加快生產(chǎn)速度，Launcher還使用了EOS和加州公司Velo3D的3D打印機(jī)。

Launcher E-2火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室全部是在EOS的AMCM打印機(jī)上用銅合金3D打印的，而噴射器的打印則由Velo3D的Sapphire打印機(jī)完成。圖源：Launcher

Launcher的創(chuàng)始人兼CEO Max Haot說：“火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中的渦輪泵部件通常需要經(jīng)過鑄造、鍛造和焊接，而這些工藝過程所需的模具增加了開發(fā)成本，并降低了設(shè)計(jì)迭代中的靈活性。得益于Velo3D的零度技術(shù)，我們可以用3D打印來制造渦輪泵，包括旋轉(zhuǎn)的Inconel閉式葉輪，這令成本變得更低，并能通過每個(gè)原型之間的迭代來增加創(chuàng)新?！?/p>

另一位曾在SpaceX任職的資深人士、Ursa Major的高級推進(jìn)分析師Eduardo Rondon表示，按照傳統(tǒng)的航空航天制造方法，制造和測試模具就需要9至12個(gè)月的準(zhǔn)備時(shí)間，以及巨額費(fèi)用?！霸霾闹圃焓刮覀兛梢栽谠囼?yàn)臺上放置一種新的設(shè)計(jì)，并快速對其做出修改和打印，然后幾周內(nèi)就推出產(chǎn)品。”

自SpaceX在2013年推出其3D打印的SuperDraco火箭引擎以來，3D打印在太空行業(yè)中已經(jīng)歷了一段不短的歷史。

2017年，航空航天巨頭Aerojet Rocketdyne重新設(shè)計(jì)了其Bantam火箭發(fā)動(dòng)機(jī)系列，通過充分利用增材制造能力，將總的設(shè)計(jì)和制造時(shí)間從一年多減少到幾個(gè)月，而且與傳統(tǒng)制造方法相比，其成本降低了約65%。

該公司表示：“這些發(fā)動(dòng)機(jī)通常由100多個(gè)部件組成，但用增材制造的話只有三個(gè)主要部件：噴射器總成、燃燒室，以及一個(gè)龐大而單一的喉道和噴嘴部分?！?/p>

Rocket Lab是另一個(gè)商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射的先驅(qū)，其在2017年首次發(fā)射了自己的輕型3D打印火箭發(fā)動(dòng)機(jī)Rutherford。它的燃燒室、噴射器、泵和主推進(jìn)劑閥門都是3D打印的，而且已經(jīng)參與了27次發(fā)射，包括本周的一次。

盡管NASA和經(jīng)驗(yàn)豐富的火箭發(fā)射公司已將增材制造技術(shù)融入他們的項(xiàng)目多年，但當(dāng)今的商業(yè)3D打印技術(shù)和先進(jìn)的金屬合金材料正迅速變得成熟，像Launcher、Ursa Major和Orbex這樣的公司可以用更少的時(shí)間和成本來完成從原型到發(fā)射的過程。

“我們一直在圍繞著3D打印開展設(shè)計(jì)工作。”Jake Bowles說，“這能夠讓我們建立起關(guān)于優(yōu)化3D打印設(shè)計(jì)的內(nèi)部know-how，然后我們就可以將其應(yīng)用于需要開發(fā)和銷售的新引擎，以滿足市場需求，這也讓我們可以更快地進(jìn)入市場?！?/p>

本文作者是福布斯撰稿人，文章觀點(diǎn)僅代表個(gè)人

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