29岁火箭”狂人”欲打印出一场航天革命

李贤焕

蒂姆·埃利斯

“从拿到原材料，到造出一个完整的火箭，中间仅需两个月的时间。”这是一个近乎疯狂的想法。但在航天这个能不断赋予人们想象力的领域里，有这么一群疯狂的人，在以前所未有的方式，拓展着大家的想象力边界。

打印一枚便宜又好用的火箭，发射上天;待日后技术成熟，再把“打印机” 带到火星，在火星打印一枚飞回来。这就是火箭初创公司Relativity Space正在做的事情：用3D打印技术制造便宜、可靠的火箭。该公司创始人、年仅29岁蒂姆·埃利斯也因此入选了日前公布的《麻省理工科技评论》2019年度全球 “35岁以下科技创新35人”榜单。

3D打印本身就是一项颠覆传统制造的技术。传统制造是一种减材方法，即从一块材料上切削去多余部分，最终形成物件;3D打印正相反，是一种增材的制造工艺，是通过逐层增加材料的方式，将数字模型制造成实体物件。这使得创建具有复杂内部结构的轻量级物件成为可能，而且，这些内部结构无法以任何其他方式构建。

其实，3D打印一直在不断地往火箭行业渗透。例如，SpaceX在2014年推出了它的第一个3D打印部件，即主氧化器阀体。蓝色起源也将3D打印组件整合到其强大的BE-4引擎中。但在蒂姆·埃利斯看来，这个程度显然是远远不够的。他的目标是最终要让所有的火箭都由3D打印制造，“我们的火箭将是颠覆性的，”埃利斯说。

测试台上的Aeon 1 发动机

意图改造航天业的狂人

几十年来，航天产业从来没有停下过前进的脚步，但这个以技术撑起的行业一直难以接受太过激进的技术创新。原因简单且充分，在航天领域，可靠才是第一要义。运载火箭本身就是一个“移动的炸弹”，任何时候都需要极为精细的控制，而在飞行过程中，任何一點差错都可能直接酿成最惨烈的后果——爆炸。而一同粉碎的，还有各种造价高昂的载荷，甚至危及到人的生命安全。

这并不会阻挡所有人的野心。做好一个火箭公司很困难，做好一家3D打印公司也很困难，做好一家3D打印火箭公司，更是难上加难。Relativity公司首席执行官蒂姆·埃利斯在接受《麻省理工科技评论》采访时表示，将这两个领域结合，是这个工作中困难的部分，但这也正是让Relativity能够改变世界的秘诀。言语中，蒂姆·埃利斯透露出和马斯克一般的狂人气息。

2015年，SpaceX在经历了早期的不断挫折后，已经完成了猎鹰火箭的发射和回收，在商业发射市场上站稳了脚跟。那一年，蒂姆·埃利斯和约旦·诺恩分别从蓝色起源和 SpaceX 出走，创立了Relativity Space，也想和他们的前老板马斯克和贝索斯一样，在商业航天的历史上留下自己的名字。除此之外，埃利斯和诺恩都痴迷于3D打印技术，并认为这项技术没有在蓝色起源与SpaceX这两家航天领域最前沿的公司中得到充分利用 。

Relativity Space工厂的主体是Stargate3D打印机，公司称这是世界上最大的3D金属打印机

两名创始人获得第一笔投资的故事同样精彩。埃利斯和诺恩离开前东家后不久，美国著名投资人、NBA球队达拉斯独行侠老板马克·库班收到了来自他们的邮件，并在其中了解了他们的计划。五分钟后，库班就回复表示将为此投资50万美元，这个“秒回”的承诺在两个月后得到了兑现。有意思的是，埃利斯和诺恩给他发去的邮件标题写：“Space is sexy：3D printing an entire rocket”。库班后来曾提到，当时吸引他的不仅仅是3D打印技术本身，而是3D打印火箭的想法非常独特。而且库班打一开始就对埃利斯的能力有着非常直接的信任。

Relativity后来的发展也没有辜负库班的期待。到 2018 年下半年，公司的融资金额超过了4500万美元，这群想要改造航天行业的工程师也开始进入到了大众的视野中。在过去的一年中，团队规模迅速壮大，从14人扩张到了超过80人，其中包括了曾为SpaceX 5号员工的蒂姆·巴兹、SpaceX和Virgin Orbit 前高级副总裁大卫·吉格等。不过，至少在现阶段，Relativity还不是将3D打印与航天嫁接最成功的案例。新西兰的火箭公司Rocket Lab是 Relativity竞争者，也是最早进入这一领域的公司之一，在2006年就成立了。对于来自业内的质疑声音，Rocket Lab创始人彼特·贝克听过很多。他告诉《麻省理工科技评论》，4年前，他在国家太空研讨会首次发布卢瑟福发动机的时候，每个人都看着它说：“这太过分了。”

但“狂人”的特质，支撑他一路坚持。2018年11月，Rocket Lab就已完成了“电子号”火箭的首次商业发射。到目前为止，Rocket Lab已成功发射七枚火箭，其中，每枚火箭都配备了九台主要使用金属3D打印的卢瑟福发动机。该公司也因此在小型卫星发射公司中处于领先地位。彼特·贝克认为，卢瑟福发动机可算是性能最高的液氧煤油发动机，其性能比SpaceX的梅林1D略高。这要归功于3D打印。“现在，如果你没有一些3D打印的发动机，那你会被认为是落后于时代的”。彼特·贝克说。

解决航天业的痛点

Relativity对未来的图景很清晰，最终要让所有的火箭都将由3D打印制造，以节省高昂的人力成本。此外，公司表示很快就能在60天内完成打印和迭代设计的过程，相较于行业标准的18个月，这也将大大降低成本。“我们有一种感觉，如果我们能3D打印90%～95%的火箭部件，我们的火箭将是颠覆性的，”埃利斯说，“最终，它将成为最便宜的火箭。”

Rocket Lad创始人彼特·贝克

航天工业一直带着高精尖的前沿技术光环，但其更多的依旧是保留着浓重的传统制造业风格，不仅需要大量人工的参与，还需要反复地测量校正。在 SpaceX或蓝色起源这样最为称道的商业航天公司的车间里，著名的梅林发动机和BE-4发动机依旧是由员工手动安装。

埃利斯正是看到了其中的行业“弊病”和发展机会，他的目标是利用大规模3D打印的技术将发动机乃至火箭的制造过程“自动化”。而这也就不难理解为什么在特斯拉负责流程标准化和制造自动化的托比亚斯·杜施勒会加入Relativity。

目前，Relativity正在全力研发Aeon 1火箭引擎，它是一款用于小型火箭的液氧甲烷发动机。这款发动机最突出的不是它的性能，而是它的简约性。Aeon 1发动机只有100个零件，而大多数火箭发动机通常有数千个零件。而为了能夠打印发动机和火箭，Relativity还完成了一项“创举”，他们先是开发了号称世界上最大的金属3D打印机——Stargate。紧接着，团队为Stargate编写代码使大部分进程自动化，并利用机器学习来优化需要打印哪些部件及如何打印。

当然，鉴于特斯拉自动化生产问题的前车之鉴，总是会有人对火箭生产照搬汽车行业保有质疑的声音。对此，杜施勒认为这两者是完全不同的，“制造业的复杂性取决于零部件的数量、供应链的复杂性以及整体装配的复杂性，而Relativity从一开始的目标就是减少零件的数量、简化火箭的结构，这将使生产自动化之路走得更为稳妥。”

Relativity已经公开宣布将在2020 年实现3D打印火箭的首次飞行，并在2021年开始进行商业发射，且公司计划年发射次数将以每年12到24次的速度增加。目前，加拿大通信公司 Telesat、华盛顿的Spaceflight 以及泰国的mu Space三家公司已经与Relativity签署了商业发射订单，在2021年至2022年之间完成发射。要知道，Relativity创立至今不足五年，这样的时间安排可谓是“火箭”速度。

发动机点火瞬间

不过，在制造方面， Rocket Lab已经将3D打印技术发挥到了极致，“电子号”火箭的发动机舱、喷油器、涡轮分子泵和主推进剂阀门都是3D打印的，在减轻重量的同时还保持了结构强度。Rocket Lab预计，在规模化生产后，3D打印技术在72小时内打印一台卢瑟福发动机，不到一周的时间就制造一枚火箭。这一目标比埃利斯所说的在20天内打印一台发动机还要缩短很多。

这个世界需要狂人。另辟蹊径的做法和紧凑的时间表所透露出来的激进，似乎从这些公司创立之初，就已深埋在创始人和公司的骨子里。当然了，太空狂人不会仅满足于跟上时代，埃利斯的目标不仅在于火箭，更在遥远的火星。“公司创建伊始，我们就定下了长远目标，要在火星上打印出第一枚火箭。”埃利斯表示。“随着时间推移 ，我们将把工厂缩小到可以装在火箭上带到其他星球的程度。”

好在，埃利斯还很年轻，有很长时间可以去实现这个“狂想”。

（摘自英国广播公司新闻网）（编辑/小文）