全球第一枚3D打印火箭發射，帶來哪些思考？

宗光

3D打印火箭“人族1號”未能突破大氣層

3D打印（3DP）技術已經有幾十年的歷史了。1986年，美國科學家查爾斯·赫爾開發了第一臺商業3D印刷機。1993年，麻省理工學院獲3D印刷技術專利。1995年，美國ZCorp公司從麻省理工學院獲得唯一授權并開始開發3D打印機。

Terran 1的第二階段是在分離后滑行了6秒，然后在2分51秒時點燃其單個Aeon Vac發動機，但沒有產生任何有用的推力，最終未能突破大氣層的最高壓力點，結束了任務

3D打印商用卻是最近十幾年才興起的，2005年，市場上首個高清晰彩色3D打印機Spectrum Z510 由ZCorp 公司研制成功。2010年11月， 美國Jim Kor團隊打造出世界上第一輛由3D打印機打印而成的汽車Urbee問世。2017年7月19日，中國3D打印文化博物館落成，這標志著一個行業在中國的成熟。如今3D打印已經進入各行各業，還頗具性價比。2023年初，清華教授為河北張家口村民用3D打印的房屋爆火，花費才20萬元。

Aeon Vac發動機的熱火測試狀態

美國RelativitySpace（相對論空間）公司2 月份獲得聯邦航空管理局（FAA）的發射許可證，計劃首次發射Terran 1（人族1 號）火箭，該火箭是世界上第一枚3D 打印火箭，Terran 1火箭的近地軌道運載能力是1250公斤。

拖延了兩周后，3月22日晚11時30分前，這枚高33.5米的名為“人族1 號”的火箭由佛羅里達州東海岸的發射場發射升空。火箭的第一節本應在燃料用盡后自動脫落，由發動機推動剩余部分進入軌道。但是發動機僅短暫燃燒了一段時間，最終火箭沒有足夠動力進入預定軌道。

“人族1號”火箭85%的零件由3D打印制成，被稱為“世界上首個3D打印火箭”，盡管火箭未能進入軌道，但該公司的官方社交賬號表示，在上升階段到達了火箭穿越大氣層的過程中阻力最大的點——最大動壓點，也是一個巨大的勝利。

RelativitySpace公司的寄望

在此之前，RelativitySpace 公司在3月初已經進行了兩次發射嘗試，但因為推進劑溫度、天氣、不理想的燃料壓力等原因失敗。但公司工程師似乎已經有一些心理準備，公司將這次試飛事件稱為“祝你好運，玩得開心”。

其高級副總裁布羅斯特說：“我們火箭的首要目標是收集盡可能多的數據，并從飛行中盡可能多地學習，當它在發射后大約一分鐘到達一個稱為‘最大q的軌跡點時，將密切關注它穿過平流層的路徑，此時強烈的動態壓力會給火箭帶來壓力。Terran 1 以液態氧和液態天然氣為燃料，在歷史上，沒有一家全新的公司在第一次嘗試時就將他們的第一枚液態燃料火箭一路送入太空，這非常具有挑戰性。”

盡管采用了非常規的組裝工藝，但Terran 1 運載火箭看起來與其他運載火箭沒什么兩樣：兩級火箭高110英尺，直徑 7.5英尺。按質量計算，火箭的 85%（包括其主要結構）是 3D 打印的——只有計算系統、電子設備和緊固件等現成部件不是。

該公司計劃未來火箭的材料有95% 采用3D 打印，但涉及到另一個層面，Terran1 用到了世界上最大的3D打印物體。為了制造火箭級和組件，該公司設計了自己的大型3D打印機，他們將其中最大的一臺稱為Stargate，使用帶有打印頭的鋁合金擠壓機械臂。

布羅斯特表示，該公司的下一代3D打印機將更大，能夠打印直徑 24 英尺、長 120英尺的單個元件。他認為打印火箭的大部分有很多優勢，一旦打印機準備就緒，公司就可以構建許多大型、復雜的部件，并將它們整合成一個，就像一大堆樂高積木一樣，有利于降低勞動力成本，并制造更便宜的太空飛船硬件。

Relativity Space這樣做的目的是希望使用Terran 1以相對廉價的發射成本，將其他公司和 NASA 的衛星送入地球軌道。和馬斯克的思路相同，Relativity Space還計劃建造Terran R，這是一種更大、更強大、完全可重復使用的火箭。與Terran 1一樣，TerranR 將采用兩級火箭，幾乎完全是 3D 打印的，并使用相同的液態甲烷和液態氧推進劑組合。它的第一級將配備七臺 Aeon R 發動機，第二級配備一臺真空優化的 Aeon R 發動機。

利用從 Terran 1 的開發以及 GLHF 任務中吸取的經驗教訓，Terran R 的首次發射目前預計不早于 2024 年。該公司希望它能與SpaceX 的Falcon 9 競爭，后者的有效載荷能力更小，并且只重復使用火箭的第一級。測試使用Terran R 向火星發射有效載荷的計劃放到了2024 年底，由另一家初創公司Impulse Space 提供著陸器。

航空航天自動化未來是3D打印的

除了3D打印火箭，還有其他公司也在探索與太空相關的 3D 打印應用。例如澳大利亞的 Fleet Space 已經在生產用于衛星的輕型 3D 打印射頻天線。明年他們計劃使用公交車一半大小的打印機，創建一個名為Alpha 的衛星星座（發射入軌能正常工作的衛星的集合），該星座將完全由 3D 打印而成。

該公司首席執行官弗拉維亞·塔塔·納爾迪尼表示，3D 打印衛星及其組件的一個優勢是可以在 24 小時內升級和構建新版本，而無需花費數月時間從供應鏈收集零件。

Redwire 公司（原名Made in Space）一直在國際空間站上使用3D 打印機進行各種實驗，公司位于佛羅里達州。副總裁里奇·伯林表示，他們的生物打印機將使用國際空間站上的人體細胞打印人造半月板（膝蓋軟骨），使用的過程在微重力下比在地球上更容易完成，最終可能被用于治療美國軍事人員的傷病。

與Fleet Space 一樣，Redwire 預測和規劃了太空 3D打印的未來，包括使用月球風化層來制作宇航員棲息地、道路和著陸臺等東西，并探索和尋找地外資源。但就目前而言，主要挑戰是測試 3D 打印的地球材料能否在太空之旅中經久耐用，并被系統地商用化。