宗光

3D打印火箭“人族1號”未能突破大氣層

3D打?。?DP）技術已經(jīng)有幾十年的歷史了。1986年，美國科學家查爾斯·赫爾開發(fā)了第一臺商業(yè)3D印刷機。1993年，麻省理工學院獲3D印刷技術專利。1995年，美國ZCorp公司從麻省理工學院獲得唯一授權并開始開發(fā)3D打印機。

Terran 1的第二階段是在分離后滑行了6秒，然后在2分51秒時點燃其單個Aeon Vac發(fā)動機，但沒有產(chǎn)生任何有用的推力，最終未能突破大氣層的最高壓力點，結束了任務

3D打印商用卻是最近十幾年才興起的，2005年，市場上首個高清晰彩色3D打印機Spectrum Z510 由ZCorp 公司研制成功。2010年11月， 美國Jim Kor團隊打造出世界上第一輛由3D打印機打印而成的汽車Urbee問世。2017年7月19日，中國3D打印文化博物館落成，這標志著一個行業(yè)在中國的成熟。如今3D打印已經(jīng)進入各行各業(yè)，還頗具性價比。2023年初，清華教授為河北張家口村民用3D打印的房屋爆火，花費才20萬元。

Aeon Vac發(fā)動機的熱火測試狀態(tài)

美國RelativitySpace（相對論空間）公司2 月份獲得聯(lián)邦航空管理局（FAA）的發(fā)射許可證，計劃首次發(fā)射Terran 1（人族1 號）火箭，該火箭是世界上第一枚3D 打印火箭，Terran 1火箭的近地軌道運載能力是1250公斤。

拖延了兩周后，3月22日晚11時30分前，這枚高33.5米的名為“人族1 號”的火箭由佛羅里達州東海岸的發(fā)射場發(fā)射升空?；鸺牡谝还?jié)本應在燃料用盡后自動脫落，由發(fā)動機推動剩余部分進入軌道。但是發(fā)動機僅短暫燃燒了一段時間，最終火箭沒有足夠動力進入預定軌道。

“人族1號”火箭85%的零件由3D打印制成，被稱為“世界上首個3D打印火箭”，盡管火箭未能進入軌道，但該公司的官方社交賬號表示，在上升階段到達了火箭穿越大氣層的過程中阻力最大的點——最大動壓點，也是一個巨大的勝利。

RelativitySpace公司的寄望

在此之前，RelativitySpace 公司在3月初已經(jīng)進行了兩次發(fā)射嘗試，但因為推進劑溫度、天氣、不理想的燃料壓力等原因失敗。但公司工程師似乎已經(jīng)有一些心理準備，公司將這次試飛事件稱為“祝你好運，玩得開心”。

其高級副總裁布羅斯特說：“我們火箭的首要目標是收集盡可能多的數(shù)據(jù)，并從飛行中盡可能多地學習，當它在發(fā)射后大約一分鐘到達一個稱為‘最大q的軌跡點時，將密切關注它穿過平流層的路徑，此時強烈的動態(tài)壓力會給火箭帶來壓力。Terran 1 以液態(tài)氧和液態(tài)天然氣為燃料，在歷史上，沒有一家全新的公司在第一次嘗試時就將他們的第一枚液態(tài)燃料火箭一路送入太空，這非常具有挑戰(zhàn)性?！?/p>

盡管采用了非常規(guī)的組裝工藝，但Terran 1 運載火箭看起來與其他運載火箭沒什么兩樣：兩級火箭高110英尺，直徑 7.5英尺。按質量計算，火箭的 85%（包括其主要結構）是 3D 打印的——只有計算系統(tǒng)、電子設備和緊固件等現(xiàn)成部件不是。

該公司計劃未來火箭的材料有95% 采用3D 打印，但涉及到另一個層面，Terran1 用到了世界上最大的3D打印物體。為了制造火箭級和組件，該公司設計了自己的大型3D打印機，他們將其中最大的一臺稱為Stargate，使用帶有打印頭的鋁合金擠壓機械臂。

布羅斯特表示，該公司的下一代3D打印機將更大，能夠打印直徑 24 英尺、長 120英尺的單個元件。他認為打印火箭的大部分有很多優(yōu)勢，一旦打印機準備就緒，公司就可以構建許多大型、復雜的部件，并將它們整合成一個，就像一大堆樂高積木一樣，有利于降低勞動力成本，并制造更便宜的太空飛船硬件。

Relativity Space這樣做的目的是希望使用Terran 1以相對廉價的發(fā)射成本，將其他公司和 NASA 的衛(wèi)星送入地球軌道。和馬斯克的思路相同，Relativity Space還計劃建造Terran R，這是一種更大、更強大、完全可重復使用的火箭。與Terran 1一樣，TerranR 將采用兩級火箭，幾乎完全是 3D 打印的，并使用相同的液態(tài)甲烷和液態(tài)氧推進劑組合。它的第一級將配備七臺 Aeon R 發(fā)動機，第二級配備一臺真空優(yōu)化的 Aeon R 發(fā)動機。

利用從 Terran 1 的開發(fā)以及 GLHF 任務中吸取的經(jīng)驗教訓，Terran R 的首次發(fā)射目前預計不早于 2024 年。該公司希望它能與SpaceX 的Falcon 9 競爭，后者的有效載荷能力更小，并且只重復使用火箭的第一級。測試使用Terran R 向火星發(fā)射有效載荷的計劃放到了2024 年底，由另一家初創(chuàng)公司Impulse Space 提供著陸器。

航空航天自動化未來是3D打印的

除了3D打印火箭，還有其他公司也在探索與太空相關的 3D 打印應用。例如澳大利亞的 Fleet Space 已經(jīng)在生產(chǎn)用于衛(wèi)星的輕型 3D 打印射頻天線。明年他們計劃使用公交車一半大小的打印機，創(chuàng)建一個名為Alpha 的衛(wèi)星星座（發(fā)射入軌能正常工作的衛(wèi)星的集合），該星座將完全由 3D 打印而成。

該公司首席執(zhí)行官弗拉維亞·塔塔·納爾迪尼表示，3D 打印衛(wèi)星及其組件的一個優(yōu)勢是可以在 24 小時內升級和構建新版本，而無需花費數(shù)月時間從供應鏈收集零件。

Redwire 公司（原名Made in Space）一直在國際空間站上使用3D 打印機進行各種實驗，公司位于佛羅里達州。副總裁里奇·伯林表示，他們的生物打印機將使用國際空間站上的人體細胞打印人造半月板（膝蓋軟骨），使用的過程在微重力下比在地球上更容易完成，最終可能被用于治療美國軍事人員的傷病。

與Fleet Space 一樣，Redwire 預測和規(guī)劃了太空 3D打印的未來，包括使用月球風化層來制作宇航員棲息地、道路和著陸臺等東西，并探索和尋找地外資源。但就目前而言，主要挑戰(zhàn)是測試 3D 打印的地球材料能否在太空之旅中經(jīng)久耐用，并被系統(tǒng)地商用化。