相對論空間積壓火箭發(fā)射訂單達(dá)12億美元，NASA和AI太空工廠推出3D打印月球前哨計劃

導(dǎo)讀：在過去的一個月里，航空航天領(lǐng)域已經(jīng)宣布了幾個與3D打印有關(guān)的里程碑，從用于小行星探索的新的彈跳空間機(jī)器人到美國國家航空航天局向月球軌道發(fā)射新的先鋒衛(wèi)星。

2022年7月5日，南極熊獲悉，美國宇航局肯尼迪航天中心、空間技術(shù)設(shè)計機(jī)構(gòu)AI 太空工廠（SpaceFactory）和3D打印火箭制造商相對論空間（Relativity Space）的兩項新進(jìn)展已經(jīng)曝光。前兩者已經(jīng)公布了他們對NASA的3D打印月球前哨LINA的設(shè)計，而RelativitySpace已經(jīng)與天基通信公司OneWeb簽署了一項多發(fā)射協(xié)議，在2025年發(fā)射其低地球軌道（LEO）衛(wèi)星。

△3D打印的LINA月球前哨的效果圖。圖片來自AI SpaceFactory。

LINA月球前哨計劃

LINA的設(shè)計和測試是美國宇航局REACT項目的一部分，這一項目旨在推進(jìn)AI SpaceFactory為該機(jī)構(gòu)的3D打印棲息地挑戰(zhàn)所創(chuàng)造的技術(shù)和材料。

美國宇航局目前正在進(jìn)行幾個項目，以建造月球結(jié)構(gòu)，包括與德克薩斯州建筑公司ICON合作的一對夫婦，以3D打印火星棲息地。據(jù)悉，他的計劃是模擬未來宇航員訪問火星表面時將經(jīng)歷的真實條件，并采用增材方式制造一個由月球雷石制成的月球發(fā)射臺。

AI SpaceFactory剛開始所使用的原始聚合物是用火星雷石模擬物制成的，后來對打印材料進(jìn)行了修改以模擬出最真實的月球雷石材質(zhì)，并將在美國國家航空航天局（NASA）的真空室中進(jìn)行測試，以模擬月球上的環(huán)境條件。

測試階段的結(jié)果將提供有關(guān)開發(fā)能夠在月球表面建造大型結(jié)構(gòu)的可持續(xù)3D打印系統(tǒng)的進(jìn)一步信息，該系統(tǒng)最終將被用于打印LINA。

美國宇航局和AI SpaceFactory現(xiàn)在已經(jīng)透露了LINA的設(shè)計，它將由自主機(jī)器人在月球南極沙克爾頓火山口附近建造。據(jù)預(yù)測，火山口山峰上的近乎連續(xù)的陽光可以提供太陽能，而火山口內(nèi)部的陰影應(yīng)該可以實現(xiàn)水冰的采集。

LINA設(shè)計有3D打印的 "羅馬式 "拱門，能夠以最小的材料承受高的壓縮負(fù)荷，拱門頂部將建造有2.7米的月球雷石結(jié)構(gòu)層，用于防護(hù)輻射、微隕石、月球地震活動和極端熱波動。

據(jù)AI太空工廠稱，他們所開發(fā)的雷石聚合物復(fù)合材料的強(qiáng)度足以支撐月球前哨的幾何形狀，以創(chuàng)建一個可持續(xù)的和持久的結(jié)構(gòu)，可以支持長期居住，并可能在未來前往其他星球。預(yù)計今年晚些時候?qū)⒃谡婵帐抑羞M(jìn)行第一次測試打印。

AI SpaceFactory的CEODavid Malott說："我們的火星棲息地原型MARSHA證明了用聚合物復(fù)合材料進(jìn)行3D打印是在嘗試在地外空間居住的絕佳選擇。接下來，我們將在一個新的背景下開展試驗，在一個沒有大氣壓力或天氣系統(tǒng)的環(huán)境中開發(fā)LINA并將它打印出來，用新的和更精確的變量來推進(jìn)這項技術(shù)。"

相對論空間公司獲得了12億美元的發(fā)射合同

與此同時，Relativity Space公司在與OneWeb公司簽訂了多份發(fā)射協(xié)議后，其Terran R火箭的預(yù)發(fā)射合同積壓總額達(dá)到12億美元。Terran R是該公司的第一個可重復(fù)使用、完全3D打印的運(yùn)載火箭，預(yù)計將于2025年發(fā)射，接著是最初的Terran 1，該運(yùn)載火箭即將進(jìn)行首次軌道發(fā)射。

去年6月，RelativitySpace公司籌集了6.5億美元來加速Terran R的生產(chǎn)，它將能夠向低地軌道發(fā)射超過20000公斤的物體。Terran R是一個兩級火箭，高216英尺，直徑16英尺，有效載荷整流罩5米，將能夠向軌道輸送比Terran 1多20倍的有效載荷。

在與OneWeb的多年發(fā)射服務(wù)協(xié)議中，TerranR將從2025年開始發(fā)射該通信公司的低地軌道第二代衛(wèi)星，為其現(xiàn)有的648顆在軌衛(wèi)星增加容量和新的功能。Terran R將從Relativity Space位于卡納維拉爾角空軍基地的場地發(fā)射OneWeb任務(wù)。

OneWeb公司首席技術(shù)官M(fèi)assimilianoLadovaz說："我們?yōu)榕cRelativity公司達(dá)成的協(xié)議感到興奮，我們一直欽佩Relativity公司是航空航天制造業(yè)的真正顛覆者。Relativity將為我們的發(fā)射計劃在未來增加新的能力"。

盡管距離Terran R火箭發(fā)射還有幾年時間，但OneWeb是Relativity Space為火箭服務(wù)爭取到的第五個客戶。值得注意的是，多項發(fā)射協(xié)議已經(jīng)使Relativity Space公司的積壓項目總額超過了12億美元。

Relativity Space公司聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Tim Ellis說："我們很榮幸被OneWeb公司選中，幫助他們發(fā)射第二代星鏈火箭。他們有一個令人難以置信的團(tuán)隊、技術(shù)和勢頭，這家公司作為衛(wèi)星通信領(lǐng)域的世界領(lǐng)導(dǎo)者，已經(jīng)有數(shù)百顆運(yùn)行中的衛(wèi)星在軌道上。顯然，市場需要更多的顛覆性發(fā)射能力，而相對論正在開發(fā)Terran R以滿足這一額外需求。我們迫不及待地計劃、執(zhí)行并與oneweb一起成功發(fā)射這些任務(wù)"。

△左圖：Terran1火箭。右圖。具有20倍有效載荷能力的Terran R火箭。圖片來自Relativity Space。

世界各國的火箭發(fā)射成本對比

事實上，世界上可以提供商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射的國家或廠家并不多，而一直活躍在社交媒體前線的馬斯克所創(chuàng)立的SpaceX公司就是其中一家。去年12月，SpaceX 的獵鷹 9 號火箭發(fā)射了一個貨艙，為國際空間站的宇航員運(yùn)送物資和圣誕禮物。升空僅八分鐘后，火箭的第一級就返回地球，降落在 SpaceX 在大西洋的一艘無人駕駛飛船上。這標(biāo)志著公司第100次成功登陸。與 Jeff Bezos 的 Blue Origin 和 Ball Aerospace 等其他公司一樣，SpaceX 正在設(shè)計和建造創(chuàng)新的航天器，通過使其更加常規(guī)和負(fù)擔(dān)得起來加速太空交付。但是，將貨運(yùn)火箭發(fā)射到太空需要多少費(fèi)用？這些費(fèi)用多年來發(fā)生了怎樣的變化？

圖注：

1、soyuz(聯(lián)盟號飛船，前蘇聯(lián)設(shè)計的一款載人飛船).

2、Saturn V，譯農(nóng)神五號，亦稱為月球火箭，是NASA在阿波羅計劃和天空實驗室計劃兩項太空計劃中使用的多級可拋式液體燃料火箭。

3、Space Shuttle （航天飛機(jī)）是一種往返于近地軌道和地面間的、可重復(fù)使用的運(yùn)載工具。

4、long march 3b(長征三號乙運(yùn)載火箭)，是 20 世紀(jì) 90 年代末期中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院研制的一型三級液體捆綁火箭。

5、Delta Heavy，三角洲重型運(yùn)載火箭，為波音公司所研制的火箭載。

6、Angara，“安加拉”系列火箭是蘇聯(lián)解體后俄羅斯研發(fā)的首個運(yùn)載火箭系列。

7、Falcon 1，SpaceX獵鷹 1 號。

8、Falcon 9，SpaceX獵鷹 9 號。

9、Falcon heavy，SpaceX重型獵鷹。

10、Starship(estimate)，SpaceX星際飛船。

在上圖中，我們根據(jù)美國戰(zhàn)略與國際研究中心的數(shù)據(jù)，查看了自 1960 年以來全球太空發(fā)射的每公斤成本。

現(xiàn)在，馬斯克的SpaceX公司憑借巨大的價格優(yōu)勢，已經(jīng)把其它火箭，包括歐洲和俄羅斯的市場差不多要搶完了，以致俄羅斯航天負(fù)責(zé)人羅戈津大為光火，稱NASA暗中支持馬斯克在火箭發(fā)射上搞傾銷，雖然馬斯克商業(yè)發(fā)射一次只要6200萬美元，但給NASA發(fā)射每次卻要高得多，相當(dāng)于NASA在補(bǔ)貼馬斯克，搞掉其它競爭對手。

當(dāng)然，馬斯克不光搶其它國家“國家隊”的發(fā)射合同，甚至最近幾次發(fā)射星鏈網(wǎng)衛(wèi)星時，馬斯克都騰出了一部分載荷搭載其它小型衛(wèi)星，開始搶剛剛崛起的小型火箭發(fā)射商火箭實驗室的生意。那么，馬斯克的火箭究竟有多便宜，把全球火箭發(fā)射市場搞得雞飛狗跳，重新洗牌的呢？

下面給出了更為詳細(xì)的世界各國主要火箭的發(fā)射價格，大家可以做一個對比：

以上7種火箭，只有獵鷹9號火箭是商業(yè)火箭且可重復(fù)使用，發(fā)射價格也比其它火箭低得多，大約只有其它國家主力火箭的½到¼。這還沒算該火箭巨大的發(fā)射利潤，根據(jù)馬斯克的說法，第一次發(fā)射的利潤就是30%，然后除去整流罩、第二段、燃料等費(fèi)用，制造一枚獵鷹9號的費(fèi)用實際在3040萬美元左右�，F(xiàn)在回收次數(shù)最多的一枚已發(fā)射了5次，即使不算整流罩回收節(jié)約的費(fèi)用，單次發(fā)射成本也已經(jīng)降到了1908萬美元，相當(dāng)于每公斤載荷發(fā)射成本只有837美元，其它火箭的競爭已沒有任何意義了。不過在今年3月份，受到原材料價格上漲等因素影響，SpaceX公司的互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星產(chǎn)品和火箭發(fā)射服務(wù)應(yīng)聲漲價。SpaceX官網(wǎng)顯示，由于通脹水平過高，公司將從5月起全面上調(diào)服務(wù)價格。獵鷹9號以及獵鷹重型火箭的發(fā)射起價將分別由6200萬美元和9000萬美元上調(diào)至6700萬美元和9700萬美元，上調(diào)幅度約8%。

不僅如此，從打造獵鷹火箭開始，馬斯克就將安全放在第一位，采取多種措施確�；鸺�發(fā)射的安全。新生產(chǎn)的火箭首先要進(jìn)行全時段靜態(tài)點(diǎn)火測試，然后才會運(yùn)到發(fā)射場，在沒有載荷的情況下進(jìn)行第二次10秒鐘靜態(tài)點(diǎn)火測試，完成后才會加裝載荷發(fā)射�；鸺�也有較大的冗余，即使有兩臺發(fā)動機(jī)無法工作，也能確保發(fā)射成功。目前獵鷹9號已成為世界上最可靠的火箭，以93次發(fā)射，91次完全成功，一次半成功，一次全失敗，97.8%的成功率，高居現(xiàn)役主力火箭的榜首。

如此驕人的成績并不是馬斯克的終點(diǎn)，而僅僅是他的起點(diǎn)。馬斯克聲稱正在打造的火星星艦將批量生產(chǎn)，未來的火箭發(fā)射將只有燃料和發(fā)射成本，最終將達(dá)到200萬美元發(fā)射一次，載荷達(dá)100噸，算下來成本只有20美元/公斤，和現(xiàn)在的飛機(jī)票差不多。

20 世紀(jì)的特點(diǎn)是兩個冷戰(zhàn)對手蘇聯(lián)(USSR) 和美國之間為了獲得卓越的太空飛行能力而展開競爭。太空競賽帶來了巨大的技術(shù)進(jìn)步，但這些創(chuàng)新付出了高昂的代價。例如，在 1960 年代，美國宇航局花費(fèi) 280 億美元將宇航員送上月球，今天的成本經(jīng)通脹調(diào)整后相當(dāng)于約 2880 億美元。在過去的二十年里，世界各地不斷發(fā)展起來的太空初創(chuàng)公司已經(jīng)證明他們可以與波音和洛克希德馬丁等重量級航空航天承包商競爭。今天，SpaceX 火箭發(fā)射的成本可能比 60 年代俄羅斯聯(lián)盟號的乘坐成本便宜 97%。

△2000-2022年的太空飛行成本變化

如果真是這樣，人類還有什么理由不向太空發(fā)展呢？太空旅游、太空房地產(chǎn)、太空采礦等領(lǐng)域可能已真的在向我們招手了。

參考閱讀：

1.      （看看這7種火箭的價格對比，哪里還有什么價格戰(zhàn)？獵鷹完全就是碾壓�。。�https://zhuanlan.zhihu.com/p/176941660

2.      SpaceX創(chuàng)建前后向太空發(fā)射火箭的成本對比（https://www.visualcapitalist.com/the-cost-of-space-flight/）

3.      列出全球各大火箭成本，還說馬斯克火箭回收沒用？（https://www.163.com/dy/article/G9MPTAVH0511N6MT.html）

4.      太空發(fā)射到低地球軌道：它的成本是多少？（https://aerospace.csis.org/data/space-launch-to-low-earth-orbit-how-much-does-it-cost/）

5.      SpaceX引領(lǐng)新一輪太空競賽 火箭發(fā)射越來越便宜（https://m.huanqiu.com/article/9CaKrnKaVuo）