今年 4 月，SpaceX 重型獵鷹完成首次商業(yè)發(fā)射，并首次成功回收三枚助推器，這對(duì)于 SpaceX 和整個(gè)航天史來(lái)說(shuō)都是一個(gè)里程碑，這意味著火箭發(fā)射的成本有望大大降低。
馬斯克曾表示一旦火箭回收常態(tài)化，能降低 99 ％的發(fā)射成本。盡管這個(gè)數(shù)字還存在爭(zhēng)議，但不少業(yè)內(nèi)專家也都承認(rèn)這是目前火箭發(fā)射性價(jià)比最高的方案。
那除此之外還有沒(méi)有別的降低發(fā)射成本的方法？3D 打印是其中一個(gè)答案。
Relativity Space 就是一家計(jì)劃用 3D 打印技術(shù)來(lái)制造火箭的公司，這家公司的首席執(zhí)行官是 29 歲的 Tim Ellis，他曾在亞馬遜 CEO Jeff Bezos 旗下的太空公司 (Blue Origin) 中從事推進(jìn)器和 3D 打印研發(fā)，而另一位創(chuàng)始人 Jordan Noone 則先后在藍(lán)色起源和 SpaceX 工作。
▲ Tim Ellis 站在 3D 金屬打印機(jī) Stargate 前.
在接受 《連線》雜志采訪時(shí)，Tim Ellis 表示希望通過(guò)將 3D 打印技術(shù)和人工智能結(jié)合，像汽車流水生產(chǎn)線上的機(jī)器人一樣來(lái)制造火箭。
這一切都由幾臺(tái)三層樓高（30 英尺）的機(jī)器 Stargate 完成，這也是目前世界上最大 3D 金屬打印機(jī)，據(jù)稱只要 60 天就可以從原材料生產(chǎn)出能用于發(fā)射的火箭。
最新型號(hào)的 Stargate 配備兩個(gè)巨大的機(jī)械臂，在打印大型部件時(shí)，機(jī)械臂會(huì)將金屬融化后沉積成薄層，同時(shí)機(jī)械臂末端的打印頭會(huì)吹出一種惰性氣體作為保護(hù)氣，還能通過(guò)激光對(duì)不銹鋼材料進(jìn)行焊接。
而機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)主要由 AI 算法來(lái)驅(qū)動(dòng)，在打印前會(huì)先進(jìn)行模擬。機(jī)械臂上配備了多種傳感器來(lái)收集視覺(jué)、環(huán)境和音頻等數(shù)據(jù)，增加零件后也能通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法來(lái)自行調(diào)整，打印完畢后就可以接著自動(dòng)組裝
火箭的構(gòu)造十分復(fù)雜，涉及大量精密的儀器和元件，為了能用打印出火箭，Relativity Space 不得不簡(jiǎn)化火箭的設(shè)計(jì)，以目前已經(jīng)成功打印的火箭引擎 Aeon 1 為例，只有 100 個(gè)零件組成，而一般的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)至少需要數(shù)千個(gè)零件。
據(jù)悉不到 20 天就能打印出這樣一臺(tái)引擎，而且 Aeon 1 火箭引擎已經(jīng)在位于密西西比州的美國(guó)宇航局斯坦尼斯航天中心進(jìn)行了 200 多次高溫測(cè)試。
接下來(lái) Relativity Space 計(jì)劃從零開(kāi)始打印運(yùn)載火箭 Terran 1，如果成功這將是世界上第一枚幾乎完全由 3D 打印出來(lái)的火箭。 Terran 1 所需零件比傳統(tǒng)火箭少 100 倍 ，其中 95% 的部件都是通過(guò) 3D 打印，只有剩下 5% 像電纜、芯片或橡膠等零件需要另外購(gòu)買。
不過(guò) Terran 1 只是小型運(yùn)載火箭，設(shè)計(jì)有效載荷約為 1250 公斤，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如獵鷹 9 號(hào)（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(hào)火箭引擎 Merlin 1D 的十分之一。
▲獵鷹 9 號(hào). 圖片來(lái)自：SpaceNews
目前 Terran 1 最大的優(yōu)勢(shì)還是價(jià)格，以最大載荷發(fā)射到近地軌道每次的價(jià)格只需 1000 萬(wàn)美元，而獵鷹 9 號(hào)需要 6000 多萬(wàn)美元。
今年 4 月 Relativity Space 與加拿大衛(wèi)星通信公司 Telesat 達(dá)成協(xié)議，拿下了首個(gè)商業(yè)訂單
承擔(dān)部分部署近地軌道衛(wèi)星的任務(wù)。據(jù)悉 Relativity Space 計(jì)劃在 2021 年完成對(duì) Terran 1 的測(cè)試并進(jìn)行發(fā)射。
Tim Ellis 表示，如果 Terran 1 發(fā)射成功，那么他們將會(huì)把金屬 3D 打印機(jī) Stargate 的體積再增加一倍，以生產(chǎn)更大型的火箭。而 Tim Ellis 的野心也不只是打印火箭，他更長(zhǎng)遠(yuǎn)的目標(biāo)是在火星上對(duì)火箭進(jìn)行 3D 打印。
我們正在構(gòu)建一個(gè)算法框架，我們認(rèn)這種框架可以將這套 3D 打印系統(tǒng)在其他星球上運(yùn)行。
其實(shí) Relativity Space 并不是第一個(gè)將 3D 打印技術(shù)應(yīng)用到航天領(lǐng)域的公司，SpaceX 和藍(lán)色起源都曾采用過(guò) 3D 打印而成的火箭部件，而火箭實(shí)驗(yàn)室（Rocket Lab）通過(guò)采用金屬 3D 打印技術(shù)生產(chǎn)的火箭引擎 Rutherford，已經(jīng)助推六枚火箭成功發(fā)射。
▲ 火箭實(shí)驗(yàn)室的 3D 打印火箭引擎. 圖片來(lái)自：3DPrint.com
但完全由 3D 打印制造的火箭還沒(méi)有先例，因此也遭到了不少質(zhì)疑。這到底是創(chuàng)舉和噱頭？只能用一次次發(fā)射來(lái)證明了，畢竟當(dāng)年馬斯克創(chuàng)辦 SpaceX 所遭遇的唱衰和質(zhì)疑，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些。
題圖來(lái)自：The Verge，部分配圖來(lái)自：Relativity Space
