原計(jì)劃熬夜直播和大家一起見證3D打印的里程碑時(shí)刻:全球首枚3D打印火箭發(fā)射升空,沒想到最后70s倒計(jì)時(shí)中斷發(fā)射,一場(chǎng)歷時(shí)3個(gè)小時(shí)14分鐘的等待以失眠告終。
3月8日,美國(guó)相對(duì)論空間公司(Relativity Space)宣布,首枚3D打印火箭“人族1號(hào)”Terran 1取消發(fā)射。據(jù)了解,此次取消發(fā)射的原因是該火箭在發(fā)射過程中,超出了第二級(jí)推進(jìn)劑熱條件的發(fā)射承諾標(biāo)準(zhǔn)限制。與此同時(shí),該公司在推特上表示,接下來將在美國(guó)東部時(shí)間3月11日13:00-16:00(北京時(shí)間3月12日凌晨2:00-5:00)再次嘗試發(fā)射該火箭。
Relativity Space首次發(fā)射 Terran 1,任務(wù)取名為“祝你好運(yùn),玩得開心”(GLHF)。3天后該火箭仍將從佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角太空部隊(duì)的16號(hào)發(fā)射場(chǎng)發(fā)射。這場(chǎng)具有重大歷史意義的3D打印事件,除了被3D打印圈內(nèi)人士關(guān)注外,還被多家央媒報(bào)道,熱度可見一斑。
透過現(xiàn)象看本質(zhì),或許我們不應(yīng)該只看一個(gè)簡(jiǎn)單標(biāo)題,而是需要從頭到尾對(duì)該事件進(jìn)行完整的回顧與梳理。作為3D打印行業(yè)的垂直平臺(tái),資源庫(kù)將幫大家換個(gè)角度看新聞,真正理解這款全球首枚3D打印火箭到底是什么?它有什么獨(dú)特之處,又為什么未能按時(shí)發(fā)射。
Relativity的發(fā)展歷史
位于加利福尼亞州的Relativity Space由Tim Ellis和Jordan Noone于2015年共同創(chuàng)辦,他們是大學(xué)同學(xué),曾在藍(lán)色起源(Blue Origin)和太空探索(SpaceX)公司工作。兩人真正從零開始,通過拼湊資金、招募團(tuán)隊(duì)、開發(fā)自己的設(shè)施和技術(shù)走到了今天。如今,32歲的Ellis是公司的CEO,而30歲的Noone在2020年辭去公司首席技術(shù)官一職。
該公司現(xiàn)在擁有約1000名員工,在加利福尼亞州長(zhǎng)灘擁有近1萬(wàn)平方米的總部和工廠,以及13億美元的風(fēng)險(xiǎn)投資和股權(quán)融資,其中包括億萬(wàn)富翁馬克庫(kù)班早期的50萬(wàn)美元投資。2021年,在發(fā)射任何火箭之前,該公司的估值已達(dá)到了42億美元。
Terran 1 3D打印火箭
Relativity Space瞄準(zhǔn)中小型衛(wèi)星的商業(yè)發(fā)射市場(chǎng),在2017年推出了Terran 1,這是一款兩級(jí)消耗性火箭(無(wú)法回收)。高33.5米,寬2.2米,使用甲烷作為推進(jìn)劑,液態(tài)氧作為氧化劑。這枚火箭的近地軌道運(yùn)載能力是1250公斤,送入太陽(yáng)同步軌道900公斤。
每次發(fā)射任務(wù)將花費(fèi)1200萬(wàn)美元,約合人民幣8300多萬(wàn)元。這將是美國(guó)研制的第一個(gè)嘗試軌道發(fā)射的“甲氧烷”火箭,它也可能是全球第一個(gè)進(jìn)入軌道的此類運(yùn)載工具。據(jù)資源庫(kù)了解,北京藍(lán)箭航天(Landspace)公司的液氧甲烷火箭”朱雀二號(hào)“于2022年12月發(fā)射,但未能進(jìn)入預(yù)定軌道。
Terran 1的最大不同之處在于,該火箭的9280千克結(jié)構(gòu)質(zhì)量中約有85%是采用3D打印技術(shù)制造的,后續(xù)這一比例還將會(huì)提高到95%,其中還包括Aeon火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。該公司表示,相比于比傳統(tǒng)方法3D打印要快得多,需要的零件更少,約為同類運(yùn)載火箭的十分之一,它可以在短短60天內(nèi)用原材料制造火箭。
事實(shí)上,Relativity在其Stargate 3D打印機(jī)上生產(chǎn)了Terran 1火箭的主要結(jié)構(gòu)和推進(jìn)劑罐,包括發(fā)動(dòng)機(jī)推力室、噴射器和渦輪泵、反應(yīng)控制推進(jìn)器和增壓系統(tǒng)也依賴于3D打印技術(shù)。
Terran 1的另一個(gè)特點(diǎn)是采用了甲烷作為推進(jìn)劑,這是一種比煤油更高效的燃料。燃燒更清潔,在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)留下的殘留物更少,尤其對(duì)于可重復(fù)使用的火箭而言,是更佳的選擇。而spaceX的獵鷹9號(hào)火箭、ULA的阿特拉斯5號(hào)火箭仍然是使用煤油作為燃料。
3月8號(hào)火箭開始發(fā)射
Terran 1原計(jì)劃從卡納維拉爾角太空部隊(duì)站的16號(hào)發(fā)射場(chǎng)升空,這次試飛有一個(gè)三小時(shí)的發(fā)射窗口,將于美國(guó)東部時(shí)間下午1點(diǎn)開始,天氣有利的可能性為 90%。為了讓大家更直觀的體驗(yàn)這次3D打印火箭的發(fā)射,我們也在3月9號(hào)凌晨1點(diǎn)開始,通過資源庫(kù)的視頻號(hào)進(jìn)行了全程直播。發(fā)射的結(jié)果大家已經(jīng)知道了,由于該火箭在發(fā)射過程中,超出了第二級(jí)推進(jìn)劑熱條件的發(fā)射承諾標(biāo)準(zhǔn)限制,被迫取消發(fā)射,并計(jì)劃將在3天后再次發(fā)射。
那么為什么按時(shí)發(fā)射?是準(zhǔn)備不足嗎?其實(shí),火箭的首次發(fā)射能成功是偶然,失敗才是常態(tài)。回顧歷史,在制造大型火箭的新航天公司中,沒有一家是在第一次試飛時(shí)就完成了他們的第一枚火箭發(fā)射,無(wú)論是NASA還是SpaceX。
因?yàn)榛鸺欠浅?fù)雜的系統(tǒng),它們緊密耦合,無(wú)論是航空電子設(shè)備、推進(jìn)系統(tǒng),還是機(jī)械結(jié)構(gòu),所有這些東西都需要完美地協(xié)同工作,才能讓火箭最終進(jìn)入軌道。
發(fā)射前的準(zhǔn)備工作
據(jù)Relativity透露,已經(jīng)完成了Terran 1火箭第一級(jí)所有九個(gè)Aeon 1發(fā)動(dòng)機(jī)的六次點(diǎn)火和超過185秒的熱點(diǎn)火時(shí)間,沒有點(diǎn)火失敗、發(fā)動(dòng)機(jī)過早關(guān)閉或發(fā)動(dòng)機(jī)更換等問題。發(fā)動(dòng)機(jī)和Terran 1的自生增壓系統(tǒng)使用自生氣體來維持推進(jìn)劑罐中的壓力,在地面測(cè)試中表現(xiàn)良好。
第二級(jí)采用了一個(gè)針對(duì)太空發(fā)射優(yōu)化的“Aeon Vac”發(fā)動(dòng)機(jī)。已經(jīng)模擬了試飛中執(zhí)行的燃燒,完成了一個(gè)完整的“任務(wù)工作周期”,包括Terran 1火箭第一級(jí)和第二級(jí)的結(jié)構(gòu)載荷測(cè)試,以及級(jí)分離和其他“飛行關(guān)鍵”機(jī)制的功能測(cè)試。
在發(fā)出釋放火箭飛行的命令之前,計(jì)算機(jī)會(huì)檢查所有運(yùn)載火箭系統(tǒng)(包括發(fā)動(dòng)機(jī))的健康狀況。如果出現(xiàn)問題,倒計(jì)時(shí)將中止,發(fā)動(dòng)機(jī)將在停機(jī)坪上關(guān)閉。很顯然,3月8號(hào)正是檢測(cè)到了異常,第二級(jí)溫度過載使得倒計(jì)時(shí)自動(dòng)停止,最后在人工嘗試解決問題無(wú)果后,被迫放棄當(dāng)天的發(fā)射。
這里還需要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn),該公司選擇跳過Terran 1第一階段所有九個(gè)Aeon 1發(fā)動(dòng)機(jī)的全持續(xù)時(shí)間試射,而是選擇進(jìn)行最后的發(fā)射準(zhǔn)備。Relativity表示,如果不執(zhí)行最后的壓制試射,第一次發(fā)射嘗試中止的可能性會(huì)增加。該發(fā)言人表示,該公司正在努力平衡Terran 1火箭因繼續(xù)測(cè)試而磨損和撕裂的風(fēng)險(xiǎn)與繼續(xù)進(jìn)行試飛的風(fēng)險(xiǎn)。
也可以理解為,如果多次測(cè)試無(wú)果,那么很可能火箭的各項(xiàng)性能將達(dá)不到發(fā)射要求,導(dǎo)致最終的發(fā)射失敗。此外,Terran 1火箭這次發(fā)射沒有測(cè)試的一件事是有效載荷整流罩,這是在火箭最初爬升穿過大氣層期間保護(hù)衛(wèi)星的空氣殼,然后在到達(dá)太空后拋棄以顯示有效載荷。
據(jù)公司發(fā)言人表示,這次的首飛真正關(guān)注的是確?;鸺仨毰M(jìn)入軌道,這才是關(guān)鍵。在Relativity的首次試飛中發(fā)射的Terran 1有一個(gè)空氣動(dòng)力學(xué)鼻錐,它不會(huì)與火箭分離。該火箭沒有攜帶衛(wèi)星有效載荷,只是一個(gè)重約1.5千克的紀(jì)念性3D打印金屬環(huán),它位于Terran 的鼻錐內(nèi),僅用于火箭有效載荷的模擬。
Terran 1發(fā)射計(jì)劃時(shí)間表
在離開16號(hào)發(fā)射場(chǎng)垂直爬升12秒后,Terran 1將開始朝正東方向行駛。升空后約42秒,火箭已經(jīng)在足夠遠(yuǎn)的射程中,即使發(fā)生了空中解體,也能保證碎片不會(huì)落在發(fā)射臺(tái)上。
以下是詳細(xì)的發(fā)射時(shí)間表:
T+00:00:起飛
T+00:12:加速穿過大氣層
T+01:20:通過最大氣動(dòng)壓力(Max-Q)
T+02:40:一級(jí)主機(jī)停機(jī)(MECO)
T+02:45:助推器分離(不可重復(fù)使用,將落入大西洋的撞擊區(qū))
T+02:51:二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火
T+07:43:第二階段發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉(SECO)
T+08:00:進(jìn)入低空軌道
據(jù)公司發(fā)言人表示,從卡納維拉爾角向東發(fā)射旨在將火箭送入與赤道傾斜28.5度的軌道,與佛羅里達(dá)太空港的緯度相同,計(jì)劃是在升空后八分鐘左右完成任務(wù)。
Relativity的目標(biāo)更長(zhǎng)遠(yuǎn)
據(jù)Relativity稱,中型重型運(yùn)載火箭顯然是未來十年最大的市場(chǎng)機(jī)會(huì)所在。除了人族1號(hào)火箭外,該公司已經(jīng)在建造功能更強(qiáng)大、性能更好并且可完全重復(fù)使用的Terran R火箭,高66米,寬4.9米。
它將把Terran 1到低地球軌道的有效載荷提升近25倍,重達(dá)20000公斤。這也將使其接近競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手:SpaceX的獵鷹9號(hào)。
為了實(shí)現(xiàn)這些,Relativity的3D打印機(jī)也在不斷的迭代升級(jí),與Relativity的前幾代星際之門垂直打印不同,構(gòu)建人族R主要結(jié)構(gòu)的第四代星際之門3D打印機(jī)是水平打印的。這一變化使其打印機(jī)的制造速度比第三代快7倍,并且已經(jīng)經(jīng)過測(cè)試。
Terran R第一級(jí)將由七臺(tái)可重復(fù)使用的3D打印Aeon R發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力,每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的推力為302,000磅,在全油門時(shí)可產(chǎn)生 210萬(wàn)磅的推力。Terran R第二階段將配備一臺(tái) Aeon Vac 發(fā)動(dòng)機(jī)。
還未發(fā)射,已有訂單在排隊(duì)
Relativity表示與NASA 簽訂了發(fā)射合同,在卡納維拉爾角的第二次Terran 1任務(wù)中發(fā)射一組小型衛(wèi)星。該公司還與Telesat簽訂合同,為該公司計(jì)劃的低地球軌道互聯(lián)網(wǎng)星座發(fā)射衛(wèi)星。Relativity還與Iridium簽訂了一項(xiàng)長(zhǎng)期協(xié)議,幫助后者發(fā)射語(yǔ)音和數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星。
OneWeb還簽署了一項(xiàng)多次發(fā)射協(xié)議,以在Terran R火箭上發(fā)射其第二代寬帶衛(wèi)星。另一家名為Impulse Space的初創(chuàng)太空公司去年宣布,它計(jì)劃在 Relativity的Terran R的推動(dòng)下,將機(jī)器人著陸器送往火星。
Relativity表示,它與十幾個(gè)客戶的積壓合同價(jià)值超過16.5億美元。大部分積壓的任務(wù)將通過更大的可重復(fù)使用的Terran R上發(fā)射,Relativity表示它可能會(huì)在2024年底前首次發(fā)射。與Terran 1一樣,Terran R將采用3D打印技術(shù)建造,使用甲烷燃料,同樣將從卡納維拉爾角的16號(hào)發(fā)射場(chǎng)出發(fā)前往太空。
3月12日,全球首枚3D打印火箭仍將在同樣的地點(diǎn),同樣的時(shí)間進(jìn)行發(fā)射,我們?cè)俅伪硎酒诖c興奮。
注:本文由資源庫(kù)整理編輯,文中圖片皆來自Relativity Space。 |
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