當地時間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)射服務協(xié)議，其報價高達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打印火箭引擎驅動的軌道飛行器衛(wèi)星平臺。

3D打印——也被稱為增材制造——對航空航天工業(yè)的影響怎么估計都不為過。沒有任何其他技術能夠讓如此多的公司進入這個行業(yè)，并在如此短的時間內以如此低的成本交付車輛、發(fā)動機和火箭等產品。現(xiàn)在，隨著越來越多的商用3D打印機被證明能夠生產出符合太空價值的組件，新興火箭制造商的數量即將激增。

Relativity Space 3D打印火箭（第一階段）被運入LC-16機庫，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；在美國，年輕的火箭發(fā)動機制造商Ursa Major正在接收新的Arroway推進引擎訂單，該引擎旨在取代目前無法獲得的、由俄羅斯制造的發(fā)動機，且也是用現(xiàn)有的金屬3D打印機制造的。

“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?！?/p>

Jake Bowles說，Ursa Major計劃以更快的速度將發(fā)動機推向市場。若想將制造時間從幾年縮減為幾個月，便只有通過3D打印機才有可能實現(xiàn)。

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

Jake Bowles表示：“我們的團隊一直在評估新3D打印機公司推出的創(chuàng)新，因為在航空航天和航天發(fā)射市場上有太多競爭了?！备鶕trategic Market Research的預測，到2030年，全球的航空航天3D打印市場規(guī)模將達到92.7億美元。

各家公司都在競相為亞馬遜等公司提供最強大、最靈活、最廉價的選擇，因為后者希望將衛(wèi)星送入軌道，以提供全球性的寬帶服務、捕捉地球活動的高分辨率圖像，甚至為超級富豪建立私人空間站酒店。

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

最近，Launcher獲得了來自美國太空部隊 (U.S. Space Force) 的資金，以進一步開發(fā)用于發(fā)射Launcher Light運載工具的E-2——這是一款3D打印的高性能液體火箭發(fā)動機，計劃在2024年投入使用。美國太空部隊表示，“E-2有可能大幅降低通過專用小型運載火箭將小型衛(wèi)星送入軌道的價格，對我們來說，這是一個關鍵能力和優(yōu)先事項。”

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

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

Launcher的創(chuàng)始人兼CEO Max Haot說：“火箭發(fā)動機中的渦輪泵部件通常需要經過鑄造、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，并降低了設計迭代中的靈活性。得益于Velo3D的零度技術，我們可以用3D打印來制造渦輪泵，包括旋轉的Inconel閉式葉輪，這令成本變得更低，并能通過每個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個月的準備時間，以及巨額費用?！霸霾闹圃焓刮覀兛梢栽谠囼炁_上放置一種新的設計，并快速對其做出修改和打印，然后幾周內就推出產品?！?/p>

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)中已經歷了一段不短的歷史。

2017年，航空航天巨頭Aerojet Rocketdyne重新設計了其Bantam火箭發(fā)動機系列，通過充分利用增材制造能力，將總的設計和制造時間從一年多減少到幾個月，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)動機通常由100多個部件組成，但用增材制造的話只有三個主要部件：噴射器總成、燃燒室，以及一個龐大而單一的喉道和噴嘴部分?！?/p>

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

盡管NASA和經驗豐富的火箭發(fā)射公司已將增材制造技術融入他們的項目多年，但當今的商業(yè)3D打印技術和先進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打印開展設計工作。”Jake Bowles說，“這能夠讓我們建立起關于優(yōu)化3D打印設計的內部know-how，然后我們就可以將其應用于需要開發(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入市場?！?/p>

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