原計劃熬夜直播和大家一起見證3D打印的里程碑時刻：全球首枚3D打印火箭發(fā)射升空，沒想到最后70s倒計時中斷發(fā)射，一場歷時3個小時14分鐘的等待以失眠告終。

3月8日，美國相對論空間公司（Relativity Space）宣布，首枚3D打印火箭“人族1號”Terran 1取消發(fā)射。據(jù)了解，此次取消發(fā)射的原因是該火箭在發(fā)射過程中，超出了第二級推進(jìn)劑熱條件的發(fā)射承諾標(biāo)準(zhǔn)限制。與此同時，該公司在推特上表示，接下來將在美國東部時間3月11日13:00-16:00（北京時間3月12日凌晨2:00-5:00）再次嘗試發(fā)射該火箭。

Relativity Space首次發(fā)射 Terran 1，任務(wù)取名為“祝你好運(yùn)，玩得開心”(GLHF)。3天后該火箭仍將從佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角太空部隊的16號發(fā)射場發(fā)射。這場具有重大歷史意義的3D打印事件，除了被3D打印圈內(nèi)人士關(guān)注外，還被多家央媒報道，熱度可見一斑。

透過現(xiàn)象看本質(zhì)，或許我們不應(yīng)該只看一個簡單標(biāo)題，而是需要從頭到尾對該事件進(jìn)行完整的回顧與梳理。作為3D打印行業(yè)的垂直平臺，資源庫將幫大家換個角度看新聞，真正理解這款全球首枚3D打印火箭到底是什么？它有什么獨特之處，又為什么未能按時發(fā)射。

Relativity的發(fā)展歷史

位于加利福尼亞州的Relativity Space由Tim Ellis和Jordan Noone于2015年共同創(chuàng)辦，他們是大學(xué)同學(xué)，曾在藍(lán)色起源（Blue Origin）和太空探索（SpaceX）公司工作。兩人真正從零開始，通過拼湊資金、招募團(tuán)隊、開發(fā)自己的設(shè)施和技術(shù)走到了今天。如今，32歲的Ellis是公司的CEO，而30歲的Noone在2020年辭去公司首席技術(shù)官一職。

該公司現(xiàn)在擁有約1000名員工，在加利福尼亞州長灘擁有近1萬平方米的總部和工廠，以及13億美元的風(fēng)險投資和股權(quán)融資，其中包括億萬富翁馬克庫班早期的50萬美元投資。2021年，在發(fā)射任何火箭之前，該公司的估值已達(dá)到了42億美元。

Terran 1 3D打印火箭

Relativity Space瞄準(zhǔn)中小型衛(wèi)星的商業(yè)發(fā)射市場，在2017年推出了Terran 1，這是一款兩級消耗性火箭（無法回收）。高33.5米，寬2.2米，使用甲烷作為推進(jìn)劑，液態(tài)氧作為氧化劑。這枚火箭的近地軌道運(yùn)載能力是1250公斤，送入太陽同步軌道900公斤。

每次發(fā)射任務(wù)將花費1200萬美元，約合人民幣8300多萬元。這將是美國研制的第一個嘗試軌道發(fā)射的“甲氧烷”火箭，它也可能是全球第一個進(jìn)入軌道的此類運(yùn)載工具。據(jù)資源庫了解，北京藍(lán)箭航天（Landspace）公司的液氧甲烷火箭”朱雀二號“于2022年12月發(fā)射，但未能進(jìn)入預(yù)定軌道。

Terran 1的最大不同之處在于，該火箭的9280千克結(jié)構(gòu)質(zhì)量中約有85%是采用3D打印技術(shù)制造的，后續(xù)這一比例還將會提高到95%，其中還包括Aeon火箭發(fā)動機(jī)。該公司表示，相比于比傳統(tǒng)方法3D打印要快得多，需要的零件更少，約為同類運(yùn)載火箭的十分之一，它可以在短短60天內(nèi)用原材料制造火箭。

事實上，Relativity在其Stargate 3D打印機(jī)上生產(chǎn)了Terran 1火箭的主要結(jié)構(gòu)和推進(jìn)劑罐，包括發(fā)動機(jī)推力室、噴射器和渦輪泵、反應(yīng)控制推進(jìn)器和增壓系統(tǒng)也依賴于3D打印技術(shù)。

Terran 1的另一個特點是采用了甲烷作為推進(jìn)劑，這是一種比煤油更高效的燃料。燃燒更清潔，在發(fā)動機(jī)內(nèi)留下的殘留物更少，尤其對于可重復(fù)使用的火箭而言，是更佳的選擇。而spaceX的獵鷹9號火箭、ULA的阿特拉斯5號火箭仍然是使用煤油作為燃料。

3月8號火箭開始發(fā)射

Terran 1原計劃從卡納維拉爾角太空部隊站的16號發(fā)射場升空，這次試飛有一個三小時的發(fā)射窗口，將于美國東部時間下午1點開始，天氣有利的可能性為 90%。為了讓大家更直觀的體驗這次3D打印火箭的發(fā)射，我們也在3月9號凌晨1點開始，通過資源庫的視頻號進(jìn)行了全程直播。發(fā)射的結(jié)果大家已經(jīng)知道了，由于該火箭在發(fā)射過程中，超出了第二級推進(jìn)劑熱條件的發(fā)射承諾標(biāo)準(zhǔn)限制，被迫取消發(fā)射，并計劃將在3天后再次發(fā)射。

那么為什么按時發(fā)射？是準(zhǔn)備不足嗎？其實，火箭的首次發(fā)射能成功是偶然，失敗才是常態(tài)?；仡櫄v史，在制造大型火箭的新航天公司中，沒有一家是在第一次試飛時就完成了他們的第一枚火箭發(fā)射，無論是NASA還是SpaceX。

因為火箭是非常復(fù)雜的系統(tǒng)，它們緊密耦合，無論是航空電子設(shè)備、推進(jìn)系統(tǒng)，還是機(jī)械結(jié)構(gòu)，所有這些東西都需要完美地協(xié)同工作，才能讓火箭最終進(jìn)入軌道。

發(fā)射前的準(zhǔn)備工作

據(jù)Relativity透露，已經(jīng)完成了Terran 1火箭第一級所有九個Aeon 1發(fā)動機(jī)的六次點火和超過185秒的熱點火時間，沒有點火失敗、發(fā)動機(jī)過早關(guān)閉或發(fā)動機(jī)更換等問題。發(fā)動機(jī)和Terran 1的自生增壓系統(tǒng)使用自生氣體來維持推進(jìn)劑罐中的壓力，在地面測試中表現(xiàn)良好。

第二級采用了一個針對太空發(fā)射優(yōu)化的“Aeon Vac”發(fā)動機(jī)。已經(jīng)模擬了試飛中執(zhí)行的燃燒，完成了一個完整的“任務(wù)工作周期”，包括Terran 1火箭第一級和第二級的結(jié)構(gòu)載荷測試，以及級分離和其他“飛行關(guān)鍵”機(jī)制的功能測試。

在發(fā)出釋放火箭飛行的命令之前，計算機(jī)會檢查所有運(yùn)載火箭系統(tǒng)（包括發(fā)動機(jī)）的健康狀況。如果出現(xiàn)問題，倒計時將中止，發(fā)動機(jī)將在停機(jī)坪上關(guān)閉。很顯然，3月8號正是檢測到了異常，第二級溫度過載使得倒計時自動停止，最后在人工嘗試解決問題無果后，被迫放棄當(dāng)天的發(fā)射。

這里還需要強(qiáng)調(diào)一點，該公司選擇跳過Terran 1第一階段所有九個Aeon 1發(fā)動機(jī)的全持續(xù)時間試射，而是選擇進(jìn)行最后的發(fā)射準(zhǔn)備。Relativity表示，如果不執(zhí)行最后的壓制試射，第一次發(fā)射嘗試中止的可能性會增加。該發(fā)言人表示，該公司正在努力平衡Terran 1火箭因繼續(xù)測試而磨損和撕裂的風(fēng)險與繼續(xù)進(jìn)行試飛的風(fēng)險。

也可以理解為，如果多次測試無果，那么很可能火箭的各項性能將達(dá)不到發(fā)射要求，導(dǎo)致最終的發(fā)射失敗。此外，Terran 1火箭這次發(fā)射沒有測試的一件事是有效載荷整流罩，這是在火箭最初爬升穿過大氣層期間保護(hù)衛(wèi)星的空氣殼，然后在到達(dá)太空后拋棄以顯示有效載荷。

據(jù)公司發(fā)言人表示，這次的首飛真正關(guān)注的是確保火箭必須努力進(jìn)入軌道，這才是關(guān)鍵。在Relativity的首次試飛中發(fā)射的Terran 1有一個空氣動力學(xué)鼻錐，它不會與火箭分離。該火箭沒有攜帶衛(wèi)星有效載荷，只是一個重約1.5千克的紀(jì)念性3D打印金屬環(huán)，它位于Terran ?的鼻錐內(nèi)，僅用于火箭有效載荷的模擬。

Terran 1發(fā)射計劃時間表

在離開16號發(fā)射場垂直爬升12秒后，Terran 1將開始朝正東方向行駛。升空后約42秒，火箭已經(jīng)在足夠遠(yuǎn)的射程中，即使發(fā)生了空中解體，也能保證碎片不會落在發(fā)射臺上。

以下是詳細(xì)的發(fā)射時間表：

T+00:00：起飛
T+00:12：加速穿過大氣層
T+01:20：通過最大氣動壓力（Max-Q）
T+02:40：一級主機(jī)停機(jī)（MECO）
T+02:45：助推器分離（不可重復(fù)使用，將落入大西洋的撞擊區(qū)）
T+02:51：二級發(fā)動機(jī)點火
T+07:43：第二階段發(fā)動機(jī)關(guān)閉（SECO）
T+08:00：進(jìn)入低空軌道

據(jù)公司發(fā)言人表示，從卡納維拉爾角向東發(fā)射旨在將火箭送入與赤道傾斜28.5度的軌道，與佛羅里達(dá)太空港的緯度相同，計劃是在升空后八分鐘左右完成任務(wù)。

Relativity的目標(biāo)更長遠(yuǎn)

據(jù)Relativity稱，中型重型運(yùn)載火箭顯然是未來十年最大的市場機(jī)會所在。除了人族1號火箭外，該公司已經(jīng)在建造功能更強(qiáng)大、性能更好并且可完全重復(fù)使用的Terran R火箭，高66米，寬4.9米。

它將把Terran 1到低地球軌道的有效載荷提升近25倍，重達(dá)20000公斤。這也將使其接近競爭對手：SpaceX的獵鷹9號。

為了實現(xiàn)這些，Relativity的3D打印機(jī)也在不斷的迭代升級，與Relativity的前幾代星際之門垂直打印不同，構(gòu)建人族R主要結(jié)構(gòu)的第四代星際之門3D打印機(jī)是水平打印的。這一變化使其打印機(jī)的制造速度比第三代快7倍，并且已經(jīng)經(jīng)過測試。

Terran R第一級將由七臺可重復(fù)使用的3D打印Aeon R發(fā)動機(jī)提供動力，每臺發(fā)動機(jī)的推力為302,000磅，在全油門時可產(chǎn)生 210萬磅的推力。Terran R第二階段將配備一臺 Aeon Vac 發(fā)動機(jī)。

還未發(fā)射，已有訂單在排隊

Relativity表示與NASA 簽訂了發(fā)射合同，在卡納維拉爾角的第二次Terran 1任務(wù)中發(fā)射一組小型衛(wèi)星。該公司還與Telesat簽訂合同，為該公司計劃的低地球軌道互聯(lián)網(wǎng)星座發(fā)射衛(wèi)星。Relativity還與Iridium簽訂了一項長期協(xié)議，幫助后者發(fā)射語音和數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星。

OneWeb還簽署了一項多次發(fā)射協(xié)議，以在Terran R火箭上發(fā)射其第二代寬帶衛(wèi)星。另一家名為Impulse Space的初創(chuàng)太空公司去年宣布，它計劃在 Relativity的Terran R的推動下，將機(jī)器人著陸器送往火星。

Relativity表示，它與十幾個客戶的積壓合同價值超過16.5億美元。大部分積壓的任務(wù)將通過更大的可重復(fù)使用的Terran R上發(fā)射，Relativity表示它可能會在2024年底前首次發(fā)射。與Terran 1一樣，Terran R將采用3D打印技術(shù)建造，使用甲烷燃料，同樣將從卡納維拉爾角的16號發(fā)射場出發(fā)前往太空。

3月12日，全球首枚3D打印火箭仍將在同樣的地點，同樣的時間進(jìn)行發(fā)射，我們再次表示期待與興奮。

注：文章由資源庫整理編輯，文中圖片皆來自Relativity Space。

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