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;待日后技術成熟，再把“打印機” 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。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)建具有復雜內(nèi)部結構的輕量級物件成為可能，而且，這些內(nèi)部結構無法以任何其他方式構建。

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。藍色起源也將3D打印組件整合到其強大的BE-4引擎中。但在蒂姆·埃利斯看來，這個程度顯然是遠遠不夠的。他的目標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

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的腳步，但這個以技術撐起的行業(yè)一直難以接受太過激進的技術創(chuàng)新。原因簡單且充分，在航天領域，可靠才是第一要義。運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的控制，而在飛行過程中，任何一點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，將這兩個領域結合，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，并認為這項技術沒有在藍色起源與SpaceX這兩家航天領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，公司稱這是世界上最大的3D金屬打印機

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球隊達拉斯獨行俠老板馬克·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)去的郵件標題寫：“Space is sexy：3D printing an entire rocket”。庫班后來曾提到，當時吸引他的不僅僅是3D打印技術本身，而是3D打印火箭的想法非常獨特。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)的工程師也開始進入到了大眾的視野中。在過去的一年中，團隊規(guī)模迅速壯大，從14人擴張到了超過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，也是最早進入這一領域的公司之一，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。該公司也因此在小型衛(wèi)星發(fā)射公司中處于領先地位。彼特·貝克認為，盧瑟福發(fā)動機可算是性能最高的液氧煤油發(fā)動機，其性能比SpaceX的梅林1D略高。這要歸功于3D打印。“現(xiàn)在，如果你沒有一些3D打印的發(fā)動機，那你會被認為是落后于時代的”。彼特·貝克說。

解決航天業(yè)的痛點

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)完成打印和迭代設計的過程，相較于行業(yè)標準的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)風格，不僅需要大量人工的參與，還需要反復地測量校正。在 SpaceX或藍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)動機和BE-4發(fā)動機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)展機會，他的目標是利用大規(guī)模3D打印的技術將發(fā)動機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責流程標準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。這款發(fā)動機最突出的不是它的性能，而是它的簡約性。Aeon 1發(fā)動機只有100個零件，而大多數(shù)火箭發(fā)動機通常有數(shù)千個零件。而為了能夠打印發(fā)動機和火箭，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——Stargate。緊接著，團隊為Stargate編寫代碼使大部分進程自動化，并利用機器學習來優(yōu)化需要打印哪些部件及如何打印。

當然，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，杜施勒認為這兩者是完全不同的，“制造業(yè)的復雜性取決于零部件的數(shù)量、供應鏈的復雜性以及整體裝配的復雜性，而Relativity從一開始的目標就是減少零件的數(shù)量、簡化火箭的結構，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)動機點火瞬間

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

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，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。當然了，太空狂人不會僅滿足于跟上時代，埃利斯的目標不僅在于火箭，更在遙遠的火星。“公司創(chuàng)建伊始，我們就定下了長遠目標，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）