29歲火箭”狂人”欲打印出一場航天革命

李賢煥

蒂姆·埃利斯

“從拿到原材料，到造出一個完整的火箭，中間僅需兩個月的時間。”這是一個近乎瘋狂的想法。但在航天這個能不斷賦予人們想象力的領(lǐng)域里，有這么一群瘋狂的人，在以前所未有的方式，拓展著大家的想象力邊界。

打印一枚便宜又好用的火箭，發(fā)射上天;待日后技術(shù)成熟，再把“打印機(jī)” 帶到火星，在火星打印一枚飛回來。這就是火箭初創(chuàng)公司Relativity Space正在做的事情：用3D打印技術(shù)制造便宜、可靠的火箭。該公司創(chuàng)始人、年僅29歲蒂姆·埃利斯也因此入選了日前公布的《麻省理工科技評論》2019年度全球 “35歲以下科技創(chuàng)新35人”榜單。

3D打印本身就是一項顛覆傳統(tǒng)制造的技術(shù)。傳統(tǒng)制造是一種減材方法，即從一塊材料上切削去多余部分，最終形成物件;3D打印正相反，是一種增材的制造工藝，是通過逐層增加材料的方式，將數(shù)字模型制造成實體物件。這使得創(chuàng)建具有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的輕量級物件成為可能，而且，這些內(nèi)部結(jié)構(gòu)無法以任何其他方式構(gòu)建。

其實，3D打印一直在不斷地往火箭行業(yè)滲透。例如，SpaceX在2014年推出了它的第一個3D打印部件，即主氧化器閥體。藍(lán)色起源也將3D打印組件整合到其強(qiáng)大的BE-4引擎中。但在蒂姆·埃利斯看來，這個程度顯然是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。他的目標(biāo)是最終要讓所有的火箭都由3D打印制造，“我們的火箭將是顛覆性的，”埃利斯說。

測試臺上的Aeon 1 發(fā)動機(jī)

意圖改造航天業(yè)的狂人

幾十年來，航天產(chǎn)業(yè)從來沒有停下過前進(jìn)的腳步，但這個以技術(shù)撐起的行業(yè)一直難以接受太過激進(jìn)的技術(shù)創(chuàng)新。原因簡單且充分，在航天領(lǐng)域，可靠才是第一要義。運(yùn)載火箭本身就是一個“移動的炸彈”，任何時候都需要極為精細(xì)的控制，而在飛行過程中，任何一點(diǎn)差錯都可能直接釀成最慘烈的后果——爆炸。而一同粉碎的，還有各種造價高昂的載荷，甚至危及到人的生命安全。

這并不會阻擋所有人的野心。做好一個火箭公司很困難，做好一家3D打印公司也很困難，做好一家3D打印火箭公司，更是難上加難。Relativity公司首席執(zhí)行官蒂姆·埃利斯在接受《麻省理工科技評論》采訪時表示，將這兩個領(lǐng)域結(jié)合，是這個工作中困難的部分，但這也正是讓Relativity能夠改變世界的秘訣。言語中，蒂姆·埃利斯透露出和馬斯克一般的狂人氣息。

2015年，SpaceX在經(jīng)歷了早期的不斷挫折后，已經(jīng)完成了獵鷹火箭的發(fā)射和回收，在商業(yè)發(fā)射市場上站穩(wěn)了腳跟。那一年，蒂姆·埃利斯和約旦·諾恩分別從藍(lán)色起源和 SpaceX 出走，創(chuàng)立了Relativity Space，也想和他們的前老板馬斯克和貝索斯一樣，在商業(yè)航天的歷史上留下自己的名字。除此之外，埃利斯和諾恩都癡迷于3D打印技術(shù)，并認(rèn)為這項技術(shù)沒有在藍(lán)色起源與SpaceX這兩家航天領(lǐng)域最前沿的公司中得到充分利用 。

Relativity Space工廠的主體是Stargate3D打印機(jī)，公司稱這是世界上最大的3D金屬打印機(jī)

兩名創(chuàng)始人獲得第一筆投資的故事同樣精彩。埃利斯和諾恩離開前東家后不久，美國著名投資人、NBA球隊達(dá)拉斯獨(dú)行俠老板馬克·庫班收到了來自他們的郵件，并在其中了解了他們的計劃。五分鐘后，庫班就回復(fù)表示將為此投資50萬美元，這個“秒回”的承諾在兩個月后得到了兌現(xiàn)。有意思的是，埃利斯和諾恩給他發(fā)去的郵件標(biāo)題寫：“Space is sexy：3D printing an entire rocket”。庫班后來曾提到，當(dāng)時吸引他的不僅僅是3D打印技術(shù)本身，而是3D打印火箭的想法非常獨(dú)特。而且?guī)彀啻蛞婚_始就對埃利斯的能力有著非常直接的信任。

Relativity后來的發(fā)展也沒有辜負(fù)庫班的期待。到 2018 年下半年，公司的融資金額超過了4500萬美元，這群想要改造航天行業(yè)的工程師也開始進(jìn)入到了大眾的視野中。在過去的一年中，團(tuán)隊規(guī)模迅速壯大，從14人擴(kuò)張到了超過80人，其中包括了曾為SpaceX 5號員工的蒂姆·巴茲、SpaceX和Virgin Orbit 前高級副總裁大衛(wèi)·吉格等。不過，至少在現(xiàn)階段，Relativity還不是將3D打印與航天嫁接最成功的案例。新西蘭的火箭公司Rocket Lab是 Relativity競爭者，也是最早進(jìn)入這一領(lǐng)域的公司之一，在2006年就成立了。對于來自業(yè)內(nèi)的質(zhì)疑聲音，Rocket Lab創(chuàng)始人彼特·貝克聽過很多。他告訴《麻省理工科技評論》，4年前，他在國家太空研討會首次發(fā)布盧瑟福發(fā)動機(jī)的時候，每個人都看著它說：“這太過分了。”

但“狂人”的特質(zhì)，支撐他一路堅持。2018年11月，Rocket Lab就已完成了“電子號”火箭的首次商業(yè)發(fā)射。到目前為止，Rocket Lab已成功發(fā)射七枚火箭，其中，每枚火箭都配備了九臺主要使用金屬3D打印的盧瑟福發(fā)動機(jī)。該公司也因此在小型衛(wèi)星發(fā)射公司中處于領(lǐng)先地位。彼特·貝克認(rèn)為，盧瑟福發(fā)動機(jī)可算是性能最高的液氧煤油發(fā)動機(jī)，其性能比SpaceX的梅林1D略高。這要?dú)w功于3D打印。“現(xiàn)在，如果你沒有一些3D打印的發(fā)動機(jī)，那你會被認(rèn)為是落后于時代的”。彼特·貝克說。

解決航天業(yè)的痛點(diǎn)

Relativity對未來的圖景很清晰，最終要讓所有的火箭都將由3D打印制造，以節(jié)省高昂的人力成本。此外，公司表示很快就能在60天內(nèi)完成打印和迭代設(shè)計的過程，相較于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的18個月，這也將大大降低成本。“我們有一種感覺，如果我們能3D打印90%～95%的火箭部件，我們的火箭將是顛覆性的，”埃利斯說，“最終，它將成為最便宜的火箭。”

Rocket Lad創(chuàng)始人彼特·貝克

航天工業(yè)一直帶著高精尖的前沿技術(shù)光環(huán)，但其更多的依舊是保留著濃重的傳統(tǒng)制造業(yè)風(fēng)格，不僅需要大量人工的參與，還需要反復(fù)地測量校正。在 SpaceX或藍(lán)色起源這樣最為稱道的商業(yè)航天公司的車間里，著名的梅林發(fā)動機(jī)和BE-4發(fā)動機(jī)依舊是由員工手動安裝。

埃利斯正是看到了其中的行業(yè)“弊病”和發(fā)展機(jī)會，他的目標(biāo)是利用大規(guī)模3D打印的技術(shù)將發(fā)動機(jī)乃至火箭的制造過程“自動化”。而這也就不難理解為什么在特斯拉負(fù)責(zé)流程標(biāo)準(zhǔn)化和制造自動化的托比亞斯·杜施勒會加入Relativity。

目前，Relativity正在全力研發(fā)Aeon 1火箭引擎，它是一款用于小型火箭的液氧甲烷發(fā)動機(jī)。這款發(fā)動機(jī)最突出的不是它的性能，而是它的簡約性。Aeon 1發(fā)動機(jī)只有100個零件，而大多數(shù)火箭發(fā)動機(jī)通常有數(shù)千個零件。而為了能夠打印發(fā)動機(jī)和火箭，Relativity還完成了一項“創(chuàng)舉”，他們先是開發(fā)了號稱世界上最大的金屬3D打印機(jī)——Stargate。緊接著，團(tuán)隊為Stargate編寫代碼使大部分進(jìn)程自動化，并利用機(jī)器學(xué)習(xí)來優(yōu)化需要打印哪些部件及如何打印。

當(dāng)然，鑒于特斯拉自動化生產(chǎn)問題的前車之鑒，總是會有人對火箭生產(chǎn)照搬汽車行業(yè)保有質(zhì)疑的聲音。對此，杜施勒認(rèn)為這兩者是完全不同的，“制造業(yè)的復(fù)雜性取決于零部件的數(shù)量、供應(yīng)鏈的復(fù)雜性以及整體裝配的復(fù)雜性，而Relativity從一開始的目標(biāo)就是減少零件的數(shù)量、簡化火箭的結(jié)構(gòu)，這將使生產(chǎn)自動化之路走得更為穩(wěn)妥。”

Relativity已經(jīng)公開宣布將在2020 年實現(xiàn)3D打印火箭的首次飛行，并在2021年開始進(jìn)行商業(yè)發(fā)射，且公司計劃年發(fā)射次數(shù)將以每年12到24次的速度增加。目前，加拿大通信公司 Telesat、華盛頓的Spaceflight 以及泰國的mu Space三家公司已經(jīng)與Relativity簽署了商業(yè)發(fā)射訂單，在2021年至2022年之間完成發(fā)射。要知道，Relativity創(chuàng)立至今不足五年，這樣的時間安排可謂是“火箭”速度。

發(fā)動機(jī)點(diǎn)火瞬間

不過，在制造方面， Rocket Lab已經(jīng)將3D打印技術(shù)發(fā)揮到了極致，“電子號”火箭的發(fā)動機(jī)艙、噴油器、渦輪分子泵和主推進(jìn)劑閥門都是3D打印的，在減輕重量的同時還保持了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。Rocket Lab預(yù)計，在規(guī)模化生產(chǎn)后，3D打印技術(shù)在72小時內(nèi)打印一臺盧瑟福發(fā)動機(jī)，不到一周的時間就制造一枚火箭。這一目標(biāo)比埃利斯所說的在20天內(nèi)打印一臺發(fā)動機(jī)還要縮短很多。

這個世界需要狂人。另辟蹊徑的做法和緊湊的時間表所透露出來的激進(jìn)，似乎從這些公司創(chuàng)立之初，就已深埋在創(chuàng)始人和公司的骨子里。當(dāng)然了，太空狂人不會僅滿足于跟上時代，埃利斯的目標(biāo)不僅在于火箭，更在遙遠(yuǎn)的火星。“公司創(chuàng)建伊始，我們就定下了長遠(yuǎn)目標(biāo)，要在火星上打印出第一枚火箭。”埃利斯表示。“隨著時間推移 ，我們將把工廠縮小到可以裝在火箭上帶到其他星球的程度。”

好在，埃利斯還很年輕，有很長時間可以去實現(xiàn)這個“狂想”。

（摘自英國廣播公司新聞網(wǎng)）（編輯/小文）