上海復(fù)志Raise3D為SpaceX火箭回收再發(fā)射提速

來源：Raise3D

引言：有人評(píng)價(jià)伊隆·馬斯克(Elon Musk)是繼喬布斯之后當(dāng)代最偉大的企業(yè)家，在馬斯克創(chuàng)立的多個(gè)企業(yè)中，SpaceX毫無疑問是王冠上最璀璨的鉆石，其讓人類成為多行星文明的企業(yè)愿景，也使得SpaceX成為了全美畢業(yè)生最想進(jìn)入的企業(yè)，沒有之一。相比其他國家級(jí)航天機(jī)構(gòu)，以及后來的其他商業(yè)航天機(jī)構(gòu)，SpaceX的制勝之道究竟是什么？

△ 馬斯克在演講中展示“殖民火星計(jì)劃”的火星基地α（Mars Base Alpha）

比節(jié)日煙花更頻繁的發(fā)射次數(shù)
SpaceX的發(fā)射有多頻繁？2020年，SpaceX共發(fā)射火箭26次，成功26次，從發(fā)射總量而言，占全球商業(yè)航天的70%。

△數(shù)據(jù)來源：航天愛好者網(wǎng)

不過相比發(fā)射數(shù)量而言，更讓人震驚的是，2020年SpaceX的發(fā)射全部使用的“獵鷹-9”火箭（Falcon 9）。

圖 | 獵鷹-9號(hào)火箭家族

獵鷹-9是僅次于重型獵鷹的大載重運(yùn)載火箭。到達(dá)全動(dòng)力后，9臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)每秒耗費(fèi)燃料和液氧3200 lbs，產(chǎn)生約850,000磅(38.55噸)的動(dòng)力，近地軌道有效載荷質(zhì)量22.8噸。

這使得SpaceX的火箭可以實(shí)現(xiàn)“一箭多星”甚至“一箭百星”，也造就了入軌航天器發(fā)射數(shù)量遙遙領(lǐng)先。

△SpaceX Starlink（星鏈）項(xiàng)目一箭多星示意圖

下面的全球統(tǒng)計(jì)口徑我們可以相對(duì)比較清晰地了解SpaceX的發(fā)射次數(shù)和入軌航天器數(shù)量——SpaceX承擔(dān)了的美國的90%的入軌航天器的發(fā)射量。如果把SpaceX以外的全球所有其他機(jī)構(gòu)（包括美國其他機(jī)構(gòu)）組成公司，其發(fā)射入軌航天器的總量僅僅為SpaceX的一半。要知道，這都是在2020年美國疫情下完成的，到今年一月開始SpaceX平均每10天就進(jìn)行一次發(fā)射，而這種效率的基礎(chǔ)，就是SpaceX 火箭的模塊化組裝和回收能力。

回收、翻修、迭代-挑戰(zhàn)人類工程技術(shù)的極限
SpaceX火箭一級(jí)回收技術(shù)是它被人熟知的開始，自2015年首次成功以來，媒體和大眾早就習(xí)以為常。2017年更是實(shí)現(xiàn)了14次嘗試，全部成功，其中4次實(shí)現(xiàn)了發(fā)射“二手火箭”2018年4月首次試射成功的獵鷹重型火箭，左右兩個(gè)“捆綁”的助推器其實(shí)就是之前成功回收的火箭一級(jí)助推器，中間的為嶄新的火箭一級(jí)助推器。一個(gè)新的獵鷹9號(hào)火箭相當(dāng)于一枚嶄新的獵鷹9號(hào)火箭和兩枚被回收的火箭一級(jí)助推器組合而來。

△降落中的重型獵鷹火箭

一枚嶄新的獵鷹9號(hào)（Falcon 9）火箭報(bào)價(jià)在5500-6200萬美元之間，遠(yuǎn)低于同類的宇宙神5（Atlas-5）和德爾塔4（Delta-4）1-4億美元不等的報(bào)價(jià)。得益于可回收火箭這項(xiàng)獨(dú)門絕技，經(jīng)過維修后的“二手火箭”再次登場時(shí)，相比新火箭，報(bào)價(jià)將打七折左右，但運(yùn)力沒有區(qū)別。這使得它的競爭力進(jìn)一步上升。

同時(shí)通過回收火箭，工程師可以更加了解火箭的配重、燃料并且進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，同樣以獵鷹9火箭為例，從v1.1到FT的版本提升中，F(xiàn)9 FT比F9 v1.1僅僅增重不到10%，9個(gè)Merlin 1-D的推進(jìn)能力被從588噸提到了761噸，提高了30%，低地球軌道運(yùn)載能力增加了9噸， 近之前版本荷載的70%。

Raise3D如何助力SpaceX火箭翻修
作為SpaceX的重要供應(yīng)商之一，Elite Aerospace負(fù)責(zé)承擔(dān)于SpaceX部分航天部件的翻修工作。如何滿足SpaceX回收后快速重復(fù)發(fā)射的商業(yè)模式，以及應(yīng)付馬斯克本人的隔三差五郵件要求的“速度越快越好”成為了Elite Aerospace公司工作的重中之重。

△圖中的獵鷹一級(jí)助推器已經(jīng)是第六次使用

在翻新使用的獵鷹火箭時(shí)候，首先要確定哪些零件需要更換或者維修，然后確定好維修的加工工藝，接著是針對(duì)加工工藝開發(fā)定制夾具。

由于每次發(fā)射的火箭都有迭代，且實(shí)際損耗的部位不同，無法提前預(yù)知。因此如何快速地定制開發(fā)出夾具成為了Elite Aerospace在承接SpaceX的獵鷹火箭翻修任務(wù)中最大的挑戰(zhàn)之一。就在不知道如何應(yīng)對(duì)馬斯克的下一封郵件的時(shí)候，SpaceX的研發(fā)人員在和Elite Aerospace的交流過程中，向他們推薦可以嘗試使用Raise3D的3D打印機(jī)來制作夾具。

NASA很早就使用Raise3D的打印機(jī)進(jìn)行創(chuàng)新開發(fā)

來源：NASA空間技術(shù)轉(zhuǎn)化項(xiàng)目報(bào)告Bring NASA Technology Down to Earth

這一想法被很快驗(yàn)證可行，大尺寸、打印精度、打印效率、可兼容的耗材、可控設(shè)備成本——Elite Aerospace公司在使用過Raise3D打印機(jī)之后，立刻和其他航空航天企業(yè)一樣成為了Raise3D的忠實(shí)擁躉。并在之后采購了多款機(jī)型。通過使用這一技術(shù)除了解決了SpaceX的交付時(shí)間要求，同時(shí)也為整個(gè)項(xiàng)目節(jié)省了數(shù)百萬美元的經(jīng)費(fèi)。

航空航天工程是人類工程科技的集大成者，每一個(gè)部件的生產(chǎn)和裝配的設(shè)計(jì)都需要專業(yè)的分工和加工鏈支持。如今，3D打印已經(jīng)是如此復(fù)雜工程網(wǎng)絡(luò)中不可或缺的一員。Raise3D幫助NASA、SpaceX的研發(fā)和工程人員壓縮時(shí)間（TIME COMPERSSION），為人類可見未來的火星移民增添一份綿薄之力。

展會(huì)預(yù)告：與SpaceX同款設(shè)備零距離接觸
Raise3D（上海復(fù)志）將于5月26-28日參加在國家會(huì)展中心（上海虹橋）舉辦的2021年亞洲3D打印、增材制造展覽會(huì)（TCT亞洲展），將在此次的展會(huì)上全球首發(fā)包括間接金屬、大尺寸增強(qiáng)碳纖維和內(nèi)嵌人工智能維護(hù)的多款全新一代3D打印設(shè)備，NASA的授權(quán)復(fù)刻版3D打印工具、以及全球領(lǐng)先的工程技術(shù)企業(yè)的創(chuàng)新案例。

現(xiàn)在起至5月1日通過掃描上方Raise3D專屬展會(huì)報(bào)名二維碼進(jìn)行預(yù)約參觀，免50元門票外，還將獲得BASF Ultrafuse ABS Fusion+或雷孚斯LUVOCOM 3F PAHT限量定制款展會(huì)胸卡掛鉤紀(jì)念品一個(gè)，數(shù)量有限（各300個(gè)），先注冊先得。