行业动态 | 3D打印火箭发动机真被做出来了，发射报价不到猎鹰9的五分之一

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发布时间：2020.11.18 新闻来源：南极熊浏览次数：

6200万美元，这是马斯克透露的猎鹰9火箭单次任务报价。
这个价格，已经让业内惊呼「白菜价」了。
但另一家商业航天公司给出报价甚至不到它的五分之一！
这种真正「白菜价」的火箭，由Relativity Space开发生产，并且是3D打印的。
最近这一型火箭刚刚完成首次发动机地面点火试运行实验。

「全周期」点火实验

Relativity Space这次进行地面点火试运行测试的火箭发动机型号为Aeon 1，采用甲烷和液氧作为动力，单个发动机最大推力23000磅（10.43吨）。

而美东时间11月9日完成的地面点火实验，称作全周期实验，意思就是一级发动机从点火到分离的整个工作过程，一般几分钟左右。
在NASA的Stennis航天中心进行这次测试，是在发动机的所有关键部件（包括涡轮泵，喷射器和燃烧室）模拟实际发射任务条件的情况下进行的。

Aeon 1从开机到结束总共187秒，首次完成全周期实验，这说明这款发动机的工作性能得到初步验证。

而从今年2月开始，Relativity Space对Aeon 1进行了频繁的点火测试，共有300多次，持续时间从几秒到几十秒。

这次的全周期点火实验成功，说明Aeon 1已经真正具备商用潜力，它可能成为全球第一款投入商用的3D打印火箭发动机。
价格低、生产周期快是3D打印火箭发动机最重要的特点，也是最吸引客户的地方。
与传统火箭发动机相比，3D打印出来的，具体有哪些特殊之处呢？

「打印」一台火箭发动机
据Relativity Space公司负责人介绍，3D打印技术可以一次成型制作零件，这使得生产一台发动机的周期和工序都大大减少。

目前一台Aeon 1有三个大的部件，总共100多个零件，平均制造周期只有一个月。
传统火箭一般都有几千个零部件，生产周期至少需要六个月左右，这其中大部分时间要花在供应链订购不同产品上。
相比之下，Relativity Space的3D打印工厂将传统的供应链缩短为一站式制造方式。
「打印机」本身，是Relativity Space自己开发的Stargate3D打印机。

Stargate配备了多台激光Kuka机器人手臂和打印头，提高3D打印速度。同时，Stargate还有机器学习算法加持，能够不断提高打印精度。

如何使用金属材料进行3D打印
与我们平常生活中常见的树脂等软性材料3D打印不同，以金属作为材料的Stargate3D打印机，采用的是选择性激光烧结技术。
选择性激光烧结技术的原理和选择性激光熔化相同，两者都是同一概念的不同实例。
工作时，打印机使用高功率激光器将材料粉末融化烧结，并堆放在定义好的三维空间点，创建预设的固体结构。
具体来说，激光通过扫描粉零件的三维数字描述（例如来自CAD文件或扫描数据）生成的横截面，来选择性地熔化粉末材料，将其堆放至粉末床上。
每完成一个截面，粉末床会降低一层厚度，以便在上面涂抹新的材料。

△图片来自Wikipedia

由于成品零件密度取决于激光峰值功率，而不是激光持续时间，所以机器通常使用脉冲激光作业。SLS机器将粉床中的散装粉末材料预热到略低于其熔点的位置，以便于激光将选定区域的温度提高到熔点的其余部分与其他一些快速成型制造工艺（如立体光刻SLA）相比，激光烧结不需要给进料器安装支撑结构，所以能够构造出许多传统工艺无法完成的几何形状。

但激光烧结技术也有自身的难点，比如一台普通的打印机功率消耗就高达5千瓦。并且作业时的预热、熔化和存储三个阶段的温度误差必须控制在2℃以内。
所以对于普通玩家来说，选择性激光烧结技术是一个昂贵的玩具，但对于航天制造业来说，它的成本仍然是前所未有的低廉。

好火箭，白菜价，不到猎鹰9的五分之一
打印火箭发动机，只是Relativity Space商业航天计划的一个环节。
2021年，Relativity Space会进行首次火箭发射，而执行任务的火箭，也是3D打印出来的。
Relativity Space自行设计的这款火箭名叫Terran，第一级安装9台Aeon 1发动机，第二级安装一台Aeon 1发动机。

Terran火箭可以将1250千克的有效载荷运送至低地球轨道，如果500km高度的太阳同步轨道任务，Terran火箭的有效载荷会下降到900千克。
Terran的整流罩直径为3米，是SpaceX Falcon 9火箭整流罩的一半多一点，是小型火箭制造商Rocket Lab的Electron火箭整流罩的三倍。
Relativity Space官网给出的单次商业发射报价为1200万美元，而CEO在接受外媒采访时透露单次发射的成本为1000万美元。
之前马斯克曾透露过，SpaceX的猎鹰9火箭单次发射报价6200万美元，利润超过30%，一次发射的成本4340万美元。

但1200万美元的Terran才是真正「白菜价」火箭。
当然，猎鹰9属于重型火箭，跟Terran不是一个级别，运载能力也差很多。
但这样的尺寸在成本和运载性能上取了一个平衡点，能够满足很多类型客户的需求。
比如Terran可以单次只发射一颗卫星。对于有这样需求的客户来说，如果选择猎鹰9，可能不得不「拼单」，多了不可控因素。
其实，Relativity Space已经和铱星公司、北美电信运营商Telesat、NASA等等签下了商业订单。
Relativity Space的CEO在接受外媒采访时说，目前Relativity Space是除了SpaceX之外，接受预订单最多的商业航天公司。

明年的第一次任务，Terran不会带任何商业订单，仅作为一次实验和演示。一旦首次发射顺利，明年年内就会开始正式商业运营。

90后创始人
Relativity Space的两名创始人，分别从SpaceX和蓝色起源走出。
联合创始人兼CEOTim Ellis，1990年出生。于2011年进入蓝色起源，主要负责火箭推进系统和涡轮机械方面的工作，他拥有南加州大学航空航天工程硕士学位。

另外一位联合创始人，Jordan Noone目前担任CTO职位，他曾是蓝色起源动力系统实习生，而后于2014年进入SpaceX，并参与龙飞船的SuperDraco 推进器项目。

在2015年，他们分别离开SpaceX和蓝色起源后，创立了Relativity Space。公司团队的其他成员也有维珍银河、波音等航空航天公司的工作经验。

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