相對(duì)論空間的人族1號(hào)發(fā)射失敗未能到達(dá)預(yù)定軌道，但驗(yàn)證了3D打印結(jié)構(gòu)可行性

為了探索3D打印火箭結(jié)構(gòu)的可行性，來自加州的航天初創(chuàng)公司相對(duì)論空間（Relativity Space）在2023年3月22日嘗試發(fā)射了世界上第一枚3D打印火箭人族1號(hào)（Terran 1）。本次火箭發(fā)射任務(wù)被命名為“祝你好運(yùn)，玩得開心”（GLHF），在最終的第三次發(fā)射嘗試中，Terran 1號(hào)助推器從佛羅里達(dá)的卡納維拉爾角空間站起飛，但未能進(jìn)入軌道，最終墜入大西洋。

GLHF任務(wù)對(duì)于RelativitySpace和整個(gè)航天領(lǐng)域來說是一項(xiàng)重大成就，因?yàn)閮杉?jí)Terran 1火箭是首個(gè)主要使用3D打印技術(shù)制造的火箭。按質(zhì)量計(jì)算，Terran 1由大約85%的3D打印材料組成，該公司還計(jì)劃在即將推出的飛行器將這一比例提高到95%。

是什么原因?qū)е铝嘶鸺�的發(fā)射失��？

在飛行過程中，任務(wù)控制人員報(bào)告說Terran 1號(hào)火箭的末級(jí)出現(xiàn)了異常，導(dǎo)致其在到達(dá)軌道時(shí)失敗。上級(jí)的目的是在飛行過程中啟動(dòng)獨(dú)立的引擎，使火箭達(dá)到進(jìn)入太空的必要速度。相對(duì)論空間公司的目標(biāo)是將火箭運(yùn)送到125英里高的軌道上數(shù)天，然后在重新進(jìn)入大氣層時(shí)燒毀，包括上面一級(jí)。

盡管發(fā)射不成功，但這次任務(wù)仍得到了一些有希望的結(jié)果。第一級(jí)火箭完成了它的預(yù)期目的，正確地升空和分離。然而，上面一級(jí)在關(guān)閉之前似乎點(diǎn)燃了，表明火箭的結(jié)構(gòu)完整性仍然完好。

此前，相對(duì)論空間公司一直在對(duì)其3D打印火箭發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行全面測(cè)試，原定于2022年發(fā)射Terran 1火箭。它們的目標(biāo)是證明直徑7.5英尺的3D打印飛行器足夠堅(jiān)固，能夠承受發(fā)射和太空旅行的嚴(yán)酷考驗(yàn)。這次發(fā)射是該公司火星任務(wù)計(jì)劃的初始階段。去年，該公司公布了與加利福尼亞州埃爾塞貢多的Impulse Space公司合作的計(jì)劃，并在Terran R火箭上開發(fā)火星巡航器和火星登陸器，在2024年前沒有確定的日期。

沒能進(jìn)入軌道，但仍然是成功的？

3月22日，Terran 1號(hào)完成了這項(xiàng) "偉大壯舉"，成為西方世界第一個(gè)發(fā)射3D打印甲烷燃料火箭到達(dá)太空的公司，本次火箭發(fā)射高度超過了100公里的卡曼線。此外，Terran 1號(hào)還確立了自己是第一個(gè)幾乎完全由3D打印的火箭，成功飛行并通過了關(guān)鍵階段，如Max-Q、主發(fā)動(dòng)機(jī)切斷（MECO）和第二級(jí)分離。據(jù)相對(duì)論空間公司稱，這一成就是 "不僅對(duì)航空航天業(yè)，而且對(duì)整個(gè)人類都是一個(gè)了不起的里程碑"。

這枚兩級(jí)消耗型火箭高110英尺，寬7.5英尺，第一級(jí)有九個(gè)Aeon發(fā)動(dòng)機(jī)，第二級(jí)有一個(gè)Aeon Vac。所有的發(fā)動(dòng)機(jī)以及火箭的結(jié)構(gòu)都是用3D打印技術(shù)制作的。這些發(fā)動(dòng)機(jī)依靠的是液氧（LOX）和液態(tài)天然氣（LNG）的燃料組合，這不僅使它們適合火箭推進(jìn)，而且還具有可重復(fù)使用性。此外，這項(xiàng)技術(shù)代表了向基于甲烷燃料的推進(jìn)器過渡的關(guān)鍵一步，對(duì)火星發(fā)射任務(wù)尤其重要。

△Terran 1（GLHF）3D打印火箭。圖片來自相對(duì)論空間。

Terran R--相對(duì)論空間公司的下一個(gè)任務(wù)

相對(duì)論空間公司表示，它已經(jīng)在其未來工廠中開發(fā)了一款名為Terran R的火箭。Terran R的設(shè)計(jì)是為了完全可重復(fù)使用，它擁有一系列可重復(fù)使用的部件，包括發(fā)動(dòng)機(jī)、第一級(jí)、第二級(jí)和有效載荷整流罩。該火箭計(jì)劃從歷史悠久的卡納維拉爾角發(fā)射場(chǎng)起飛，預(yù)計(jì)在2024年進(jìn)行首次發(fā)射。

△左圖：Terran1號(hào)火箭。右：有效載荷能力提升20倍的Terran R火箭。圖像來自相對(duì)論空間。

Terran R具有獨(dú)特的空氣動(dòng)力學(xué)特征，其結(jié)構(gòu)是通過算法生成和優(yōu)化的。Relativity Space公司專有的3D打印工藝已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了算法生成和優(yōu)化結(jié)構(gòu)的創(chuàng)建。該公司表示，由軟件和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的制造過程依賴于3D打印材料和新穎的設(shè)計(jì)幾何形狀，這在以前的傳統(tǒng)制造技術(shù)中是不可能的。因此，由于RelativitySpace的先進(jìn)制造方法，航天行業(yè)現(xiàn)在正經(jīng)歷著更快的進(jìn)步和迭代率。

Terran R計(jì)劃為商業(yè)和政府客戶提供低地球軌道（LEO）及更遠(yuǎn)的太空旅游業(yè)務(wù)，這將是無可比擬的體驗(yàn)。該火箭的設(shè)計(jì)是為了滿足日益增長(zhǎng)的廉價(jià)太空旅行的需求，并滿足公司迅速擴(kuò)大的商業(yè)利益鏈條。此外，Terran R預(yù)計(jì)將為客戶提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的太空貨運(yùn)飛船，能夠在地球、月球和火星之間執(zhí)行任務(wù)。

相對(duì)論空間公司宣布了Terran R火箭開發(fā)過程中的一個(gè)重要里程碑，即與OneWeb簽訂了多次發(fā)射合同，這使得積壓的發(fā)射合同總額達(dá)到了驚人的12億美元。Relativity Space在2021年6月籌集了6.5億美元，此舉旨在加速TerranR的生產(chǎn)。

OneWeb首席技術(shù)官M(fèi)assimilianoLadovaz說："我們對(duì)與Relativity達(dá)成的協(xié)議感到興奮，我們長(zhǎng)期以來一直欽佩Relativity，并認(rèn)為它是航空航天制造業(yè)的真正顛覆者。毫無疑問，Relativity將為我們的發(fā)射計(jì)劃在未來增加新的能力"。