建造火箭的最好方法是什么?
对于蒂姆?埃利斯(Tim Ellis),太空发射服务初创公司 Relativity Space 的首席执行官来说,答案很明显:把它打印出来。
埃利斯与乔丹·诺恩(Jordan Noone)曾在蓝色起源公司(Blue Origin)共事过,这是由亚马逊身家上亿的首席执行官杰夫·贝佐斯(Jeff Bezos)创立的一家火箭公司。2015 年,埃利斯和诺恩一起建立了 Relativity Space。诺恩还在伊隆·马斯克(Elon Musk)的 SpaceX 公司工作过。蓝色起源和 SpaceX 公司都利用 3D 打印技术——也就是添加制造,来为他们的运载火箭建造一些部件和工具,但两者目前都仍然依赖更传统的技术制造火箭的大部分部件。考虑到 3D 打印的组件可以更轻、更强、也更简便,埃利斯和诺恩抓住了这个机会。他们决定利用这个技术来建造符合他们期望的更便宜、更好的火箭,让火箭发射进入轨道的成本更低廉。他们通过设计定制打印头和软件来实现这样颠覆性的梦想。
Relativity Space 3D 打印的火箭发动机,Aeon 1。图片来源:Relativity Space
经过一段时间的隐秘筹备,包括募集了 4000 万美元的风险投资并在洛杉矶建立了占地 20000 平方英尺的设施,Relativity Space 现在正在打印和测试更大的火箭部件。该公司的专利火箭发动机号称只由两部分就能代替由标准工业技术建造的 2,600 个部件。就在上个月,该公司与 NASA 斯坦尼航天中心(NASA Stennis Space Center)签署了一份价值 3000 万美元、长达 20 年的协议,拿到了一个 25 英亩的火箭测试综合设施的独家使用权。从理论上来说,该设施的四个测试站可以让 Relativity Space 按自己的速度制造足够多的引擎,每年可建造 36 枚火箭,而且这种合作关系还允许公司将其在斯坦尼航天中心的占地面积扩大 10 倍。这样的发展多半宜早不宜迟,因为其他公司同样雄心勃勃,计划用成千上万颗新卫星填充近地轨道,进行通信、近地观测和更多的工作。
Relativity Space 完全由 3D 打印制造的火箭还没建好,更别提升空了,但埃利斯相信公司最早将在 2020 年推出它的第一个火箭,之后不久就会用于商业货运航行。他说,如果一切顺利,这只是公司的第一步,他们的终极目标是通过在未来的火星殖民地上打印和发射火箭,让人类在多个行星上生活。
《科学美国人》(Scientific American)近日与埃利斯一起聊了聊他的 Relativity Space 公司的计划,包括近地轨道中中型卫星的新兴市场,以及该公司对在火星上生产火箭这一产业的长期愿景。
蒂姆?埃利斯(Tim Ellis),太空发射服务初创公司 Relativity Space 的首席执行官 图片来源:GeekWire
《科学美国人》(以下简称SA): Relativity Space 与其他火箭公司有何不同?
蒂姆?埃利斯(以下简称 TE): Relativity Space 的核心任务是创造一个全新的、从根基上更优秀的制造和发射火箭的过程。我们正在努力将火箭设计和生产过程自动化,打印出尽可能多的火箭构造。我们把 3D 打印看作是所有火箭生产和航天制造的未来,因为它减少了对劳动力的需求,并且化繁为简。目前公司正在开发一个将软件、机器学习、冶金和世界上最大的金属 3D 打印机结合在一起的平台,我们称之为“星际之门”(Stargate)。我们目前拥有的专利打印头(printheads)、软件和金属沉积工艺,可以让“星际之门”制作直径 10 英尺,高 20 英尺的部件,而且比传统的 3D 打印机快 20 到 30 倍。现在,它的规模相当于我们在洛杉矶总部的大楼。随着时间的推移,它的硬件和软件将以更快的速度打印更大的东西。
SA: 现在能打印得多快?
TE: 我们目前可以在 30 天内从 0 开始造出一个近 100 英尺高,7 英尺宽(约 30 米高、2 米宽)的火箭,所有的部件都由 3D 打印而成。一旦零件打印出来,我们的目标是在下一个 30 天内完成组装、测试、集成和发射火箭。因此,我们希望能在 60 天内从原材料起步,制造出一个完整的火箭。我们正在使用“星际之门”制造我们自己的运载火箭——Terran 1,以及一个叫做 Aeon 1 的火箭引擎。这将是我们发射服务的基础,初步将运载 1250 公斤重的卫星进入近地轨道。我们计划在今年年底前宣布我们的发射地点,预计第一次全面、全性能测试飞行将于 2020 年晚些时候进行,商业服务将于 2021 年初开始。