全球第一枚3D打印火箭发射，带来哪些思考？

宗光

3D打印火箭“人族1号”未能突破大气层

3D打印（3DP）技术已经有几十年的历史了。1986年，美国科学家查尔斯·赫尔开发了第一台商业3D印刷机。1993年，麻省理工学院获3D印刷技术专利。1995年，美国ZCorp公司从麻省理工学院获得唯一授权并开始开发3D打印机。

Terran 1的第二阶段是在分离后滑行了6秒，然后在2分51秒时点燃其单个Aeon Vac发动机，但没有产生任何有用的推力，最终未能突破大气层的最高压力点，结束了任务

3D打印商用卻是最近十几年才兴起的，2005年，市场上首个高清晰彩色3D打印机Spectrum Z510 由ZCorp 公司研制成功。2010年11月， 美国Jim Kor团队打造出世界上第一辆由3D打印机打印而成的汽车Urbee问世。2017年7月19日，中国3D打印文化博物馆落成，这标志着一个行业在中国的成熟。如今3D打印已经进入各行各业，还颇具性价比。2023年初，清华教授为河北张家口村民用3D打印的房屋爆火，花费才20万元。

Aeon Vac发动机的热火测试状态

美国RelativitySpace（相对论空间）公司2 月份获得联邦航空管理局（FAA）的发射许可证，计划首次发射Terran 1（人族1 号）火箭，该火箭是世界上第一枚3D 打印火箭，Terran 1火箭的近地轨道运载能力是1250公斤。

拖延了两周后，3月22日晚11时30分前，这枚高33.5米的名为“人族1 号”的火箭由佛罗里达州东海岸的发射场发射升空。火箭的第一节本应在燃料用尽后自动脱落，由发动机推动剩余部分进入轨道。但是发动机仅短暂燃烧了一段时间，最终火箭没有足够动力进入预定轨道。

“人族1号”火箭85%的零件由3D打印制成，被称为“世界上首个3D打印火箭”，尽管火箭未能进入轨道，但该公司的官方社交账号表示，在上升阶段到达了火箭穿越大气层的过程中阻力最大的点——最大动压点，也是一个巨大的胜利。

RelativitySpace公司的寄望

在此之前，RelativitySpace 公司在3月初已经进行了两次发射尝试，但因为推进剂温度、天气、不理想的燃料压力等原因失败。但公司工程师似乎已经有一些心理准备，公司将这次试飞事件称为“祝你好运，玩得开心”。

其高级副总裁布罗斯特说：“我们火箭的首要目标是收集尽可能多的数据，并从飞行中尽可能多地学习，当它在发射后大约一分钟到达一个称为‘最大q的轨迹点时，将密切关注它穿过平流层的路径，此时强烈的动态压力会给火箭带来压力。Terran 1 以液态氧和液态天然气为燃料，在历史上，没有一家全新的公司在第一次尝试时就将他们的第一枚液态燃料火箭一路送入太空，这非常具有挑战性。”

尽管采用了非常规的组装工艺，但Terran 1 运载火箭看起来与其他运载火箭没什么两样：两级火箭高110英尺，直径 7.5英尺。按质量计算，火箭的 85%（包括其主要结构）是 3D 打印的——只有计算系统、电子设备和紧固件等现成部件不是。

该公司计划未来火箭的材料有95% 采用3D 打印，但涉及到另一个层面，Terran1 用到了世界上最大的3D打印物体。为了制造火箭级和组件，该公司设计了自己的大型3D打印机，他们将其中最大的一台称为Stargate，使用带有打印头的铝合金挤压机械臂。

布罗斯特表示，该公司的下一代3D打印机将更大，能够打印直径 24 英尺、长 120英尺的单个元件。他认为打印火箭的大部分有很多优势，一旦打印机准备就绪，公司就可以构建许多大型、复杂的部件，并将它们整合成一个，就像一大堆乐高积木一样，有利于降低劳动力成本，并制造更便宜的太空飞船硬件。

Relativity Space这样做的目的是希望使用Terran 1以相对廉价的发射成本，将其他公司和 NASA 的卫星送入地球轨道。和马斯克的思路相同，Relativity Space还计划建造Terran R，这是一种更大、更强大、完全可重复使用的火箭。与Terran 1一样，TerranR 将采用两级火箭，几乎完全是 3D 打印的，并使用相同的液态甲烷和液态氧推进剂组合。它的第一级将配备七台 Aeon R 发动机，第二级配备一台真空优化的 Aeon R 发动机。

利用从 Terran 1 的开发以及 GLHF 任务中吸取的经验教训，Terran R 的首次发射目前预计不早于 2024 年。该公司希望它能与SpaceX 的Falcon 9 竞争，后者的有效载荷能力更小，并且只重复使用火箭的第一级。测试使用Terran R 向火星发射有效载荷的计划放到了2024 年底，由另一家初创公司Impulse Space 提供着陆器。

航空航天自动化未来是3D打印的

除了3D打印火箭，还有其他公司也在探索与太空相关的 3D 打印应用。例如澳大利亚的 Fleet Space 已经在生产用于卫星的轻型 3D 打印射频天线。明年他们计划使用公交车一半大小的打印机，创建一个名为Alpha 的卫星星座（发射入轨能正常工作的卫星的集合），该星座将完全由 3D 打印而成。

该公司首席执行官弗拉维亚·塔塔·纳尔迪尼表示，3D 打印卫星及其组件的一个优势是可以在 24 小时内升级和构建新版本，而无需花费数月时间从供应链收集零件。

Redwire 公司（原名Made in Space）一直在国际空间站上使用3D 打印机进行各种实验，公司位于佛罗里达州。副总裁里奇·伯林表示，他们的生物打印机将使用国际空间站上的人体细胞打印人造半月板（膝盖软骨），使用的过程在微重力下比在地球上更容易完成，最终可能被用于治疗美国军事人员的伤病。

与Fleet Space 一样，Redwire 预测和规划了太空 3D打印的未来，包括使用月球风化层来制作宇航员栖息地、道路和着陆台等东西，并探索和寻找地外资源。但就目前而言，主要挑战是测试 3D 打印的地球材料能否在太空之旅中经久耐用，并被系统地商用化。