相对论公司：火箭完全靠“打印”

文/李晨风

▲ 相对论公司的火箭外观有点像猎鹰9号火箭

相对论太空公司的亮点，是首先制造了一台全球最大的金属3D打印机，垂直整合了人工智能、机器人技术和专利自主制造技术。这家公司自称，可以在不到60天的时间里，打造出一枚完整的火箭。据说这也是全球首个完全用3D打印的火箭，起名为人族1号(Terran1)。

一年打印12枚火箭

按照相对论公司的说法，基于3D打印的设计和生产方法，让“人族1号”的零件数量比传统火箭少了100倍，这大大加快了生产速度，也减少了装配过程中出现人为错误的机会。因此他们自称，正在为航空航天生产的质量、速度和成本建立一个新的标准。

相对论公司利用两种3D打印技术制造了人族1号火箭超过90%的干物质。这种专用的大尺寸打印机外号“星门”，用来生产火箭一级和二级的结构，具体材料是铝合金。“星门”目前可以打印直径达3.4米、高达7.6米的结构，号称世界上最大的金属打印部件。每台“星门”打印机都包括实时现场监控、检查和后期处理功能，采用计算机视觉和机器学习技术，实现高度非线性、高度耦合过程。每个打印部件都具备可追溯性，并且采用多种方式来检查和识别零件的机械性能，如微观结构、硬度测试、显微镜。

通过这种方法，相对论公司建设了世界上第一条使用数据驱动学习技术来跟踪和改进火箭制造的可进化航空航天生产线。据说这种工艺可以年产12枚火箭。

“人族”和“星门”，这两个奇怪的名字意味着，相对论公司的创业者们不但是科幻迷，还是电子竞技迷。“人族”这个词汇出现在暴雪公司的《星际争霸》系列游戏当中，而“星门”几乎是所有太空科幻电影当中用来穿越宇宙的工具。

人族1号火箭

人族1号火箭其实不算很小，它高度达到35米，直径2.3米，已经是中型火箭的规格了。它是一种一次性使用的两级运载火箭，采用甲烷和液氧为燃料。

人族1号火箭的第一级由3个主要部件组成：发动机、1级储箱和级间段。储箱采用共底结构，和结构一样是打印出来的单件，通过水平焊接与1级结构连接。一级装有9个Aeon-1发动机，每台发动机海平面推力可达100千牛左右，起飞总推力最高可达900千牛。

人族1号火箭通过集成在Aeon-1发动机中的热交换器，用气态甲烷和气态氧对储箱进行自生增压，无需单独的增压系统，完全避免了在火箭上使用氦。发动机排列方式为外8内1，用电动机械万向节控制外圈8个发动机的喷射方向，实现推力矢量控制。

▲ 人族1号火箭的壳体和整流罩

二级火箭同样采用共底储箱，并且承载着有效载荷适配器和整流罩。二级采用一台Aeon-1发动机，针对高空环境配用165:1膨胀配管，推力可以达到128千牛，并能够多次重新启动，包括规定的脱轨燃烧。与一级火箭相似，储箱增压也是通过气态甲烷和气态氧实现的。

人族1号火箭采用比较传统的两瓣式整流罩，有效载荷适配器上装有相机，用来监视有效载荷的在轨分离。

▲ 相对论公司的工程师正在测量打印部件的尺寸

人族1号火箭的设计中，高度重视简化有效载荷的设计要求。其不但同时支持工业标准和自定义接口，还可以使用商业现货的适配器和分离硬件。

人族1号火箭的电子系统包括飞行计算机、全球定位系统（GPS）、惯性测量单元（IMU）、遥测处理器、自定义数据采集和车辆控制处理机、高速传感器套件、电池和相机，等等。这与其他火箭基本类似。

两地发射

相对论公司在美国宇航局斯坦尼斯中心的E2、E3和E4试验场建立了试验设施。其中E2试验场用于发动机部件测试，包括燃烧室组件点火。E3测试场是主要发动机试车设施，也包括点火器和燃气发生器测试。E4试验场由4个试验单元组成，负责发动机的生产试验和火箭分级试验。

相对论公司的主要发射场设置在卡纳维拉尔角空军基地的LC-16号工位。这里是中低倾角轨道的理想选择，号称低轨道最大运载能力达到1500千克。相对论公司还在加州范登堡空军基地开发B330工位，支持大倾角轨道飞行。