Launcher利用金屬3D打印，低成本制造衛(wèi)星運輸工具Orbiter的部件

2022年6月，南極熊獲悉，總部位于加利福尼亞的太空初創(chuàng)公司Launcher正在組裝衛(wèi)星運輸工具和有效載荷平臺Orbiter，將完成其第一個任務(wù) SN1。此飛行硬件計劃于2022年10月搭乘SpaceX的Falcon 9，飛上太空。該公司透露，此組件中的所有東西（緊固件除外）都是內(nèi)部設(shè)計和制造的，而且Velo3D的藍寶石3D打印系統(tǒng)做出了極大的貢獻，生產(chǎn)了高性能的金屬部件。



當(dāng)SpaceX SmallSat Rideshare Program將Launcher 的 Orbiter衛(wèi)星運輸工具和平臺送入太空后，它將在每次任務(wù)中承載高達400公斤的CubeSats和小型衛(wèi)星，并將它們精確地放置到預(yù)定軌道上。從2024年開始，該公司還將開始通過名為Launcher Light的液體燃料火箭提供發(fā)射服務(wù)，該火箭將攜帶150公斤和105公斤的有效載荷分別進入低地球軌道 (LEO) 和太陽同步軌道 (SSO)。

軌道器是火箭三級設(shè)計的頂端，是火箭的最后一部分。當(dāng)SpaceX在2020年初宣布將開始在Falcon 9火箭上銷售“有效載荷空間”時，Launcher團隊意識到可以使他們的衛(wèi)星部署系統(tǒng)與其他發(fā)射平臺兼容，并決定快速開展此項目。


△Launcher的Orbiter衛(wèi)星傳輸飛行器和平臺。Launcher的Orbiter衛(wèi)星運輸工具和平臺由3D打印的引擎提供動力，將于10月首次進入太空。

3D打印關(guān)鍵部件
1. Launcher基于火箭發(fā)動機的圖紙，使用增材制造 (AM) 技術(shù)對其進行改進和設(shè)計。其中，有些金屬零件的制造十分困難，普通的加工方式難以獲得，這時前 SpaceX AM經(jīng)理Tim Berry領(lǐng)導(dǎo)的團隊選擇了Velo3D。Velo3D為Launcher打印制造的第一個零件是發(fā)動機的帶罩葉輪，這是一個極其關(guān)鍵和復(fù)雜的Inconel零件，它需要承受每分鐘30,000 (rpm) 的速度旋轉(zhuǎn)，而且必須承受超過300 bar的出口壓力。但是，Berry表示他的團隊已經(jīng)完成了這項任務(wù)，制造了“超出預(yù)期目標(biāo)”的成品。


△Launcher的四個Orbiter引擎，采用Velo3D的技術(shù)增材制造。Launcher的四個Orbiter引擎采用Velo3D的技術(shù)增材制造。

從那以后，Velo3D從Launcher的分包商變成了合作伙伴，現(xiàn)在Launcher已經(jīng)投資了自己的增材制造設(shè)備和其他金屬加工機械。Launcher創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官 Max 認(rèn)為此舉為公司帶來了快速、靈活和具有成本競爭力的制造優(yōu)勢。這對于一家決心讓其軌道飛行器以業(yè)內(nèi)最低成本獲得最高推進能力的公司來說至關(guān)重要。但要實現(xiàn)這一目標(biāo)，Launcher必須擁有內(nèi)部設(shè)計和制造能力。Berry指出：“若每次都從第三方購買分離環(huán)、推進系統(tǒng)或支撐結(jié)構(gòu)，成本和交貨時間一般來說要增加十倍。因此，需要花費一周左右的時間來設(shè)計引擎、打印和測試它，這可能會花兩三個月的時間與外部供應(yīng)商合作。時間成本和費用成本都太高了！”

2. 油箱就是一個典型的適合3D打印制造的例子。如果有人試圖尋找能夠承受 3,000 磅/平方英寸 (psi) 壓力的太空級儲罐，他們一般需要接受8個月到2年的交貨時間，特別是如果它們是定制的。但Berry強調(diào)說，在他們的制造方式下，制造上述的油罐完全不是問題，不需要等待這么長的時間。Orbiter的22升油箱與Sapphire的制造體積相匹配，因此Launcher開始使用Inconel打印零件。盡管它們的性能相當(dāng)不錯，但Berry和他的團隊希望通過改用更輕的鈦來優(yōu)化設(shè)計，這對航天器來說非常有效。


△Velo3D剛剛打印完成的鈦燃料箱。Launcher 使用 Velo3D 藍寶石金屬增材制造系統(tǒng)來制造更輕的油箱。

3. 自己就能進行打印制造的能力使Launcher能夠在不犧牲時間和金錢的情況下不斷產(chǎn)出更優(yōu)化的設(shè)計和提供更高的性能。如今，該公司正在Sapphire系統(tǒng)上3D打印一系列組件，包括支架和其他二級結(jié)構(gòu)、燃燒室和噴射器，所有這些組件都在Launcher位于加利福尼亞州霍桑市的新總部24,000平方英尺的工廠車間內(nèi)進行制造。該公司甚至向其他初創(chuàng)公司出售低成本、可集成的 24 英寸分離環(huán)（內(nèi)部開發(fā)的用于將 Orbiter 與 SpaceX Falcon 9 分離的飛行硬件）。


△Launcher 內(nèi)部開發(fā)的低成本 24 英寸軌道器分離環(huán)。Launcher 內(nèi)部開發(fā)的低成本 24 英寸軌道器分離環(huán)。圖片由 Launcher 通過 LinkedIn 提供。

空間探索
一個月前，Launcher公布了Orbiter首飛的客戶名單，其中包括衛(wèi)星開發(fā)商Skyline Celestial、NPC Spacemind和Innova Space，以及學(xué)生運營的太空研究團體Cal Poly Pomona的Bronco Space和斯坦福大學(xué)。


△Launcher的 Orbiter SN1 集成正在進行中。Launcher 的 Orbiter SN1 集成正在進行中。

由于大部分結(jié)構(gòu)、推進器和航空電子部件是由內(nèi)部設(shè)計和生產(chǎn)的，所以O(shè)rbiter以每輛專用飛行器400,000美元的行業(yè)領(lǐng)先價格（不包括 SpaceX 飛行成本）提供給其客戶。同時，根據(jù)任務(wù)要求，還以每公斤 8,000 至 25,000 美元（包括 SpaceX 飛行成本）的價格向 Orbiter 客戶提供發(fā)射和軌道轉(zhuǎn)移服務(wù)。

根據(jù)Haot的說法，即將進行的首飛實驗將表明用戶對轉(zhuǎn)移和托管有效載荷服務(wù)的需求，Orbiter提供的共享資源可以非常有效地提供這種服務(wù)。距離推出還有不到 110天的時間了，可以說，這是今年最激動人心的產(chǎn)品之一，讓我們一起期待吧！