把返回地球所需要的設備送上火星?聽起來似乎不切實際。但這正是美國火箭新創公司Relativity Space的發展願景,他們打算將其製造生態系統送至火星表面,讓太空人能夠直接採集火星上的原材料,就地打造返回地球所需要的設備。

新一代的商用航太公司提出了各種遠大的目標,其中最具雄心壯志的要算是這個向另一星球發射返回地球的途徑了。

Relativity Space表示,如果採用3D金屬列印機製造火箭還不夠,那麼就直接將3D列印機送上火星表面去做吧!這也正是該公司長期策略發展的核心。

該公司共同創辦人兼技術長Jordan Noone指出,Relativity的願景與SpaceX執行長馬斯克(Elon Musk)將人們送上火星的想法不謀而合。SpaceX及其Starship太空船原形「主要用於載人,而Relativity則把3D列印機送上太空製造火箭」。Noone曾經是SpaceX的資深推進器工程師,他解釋說,這樣的概念涉及使用鐵以及其他可焊接的火星材料,以返回地球。

令人難以置信嗎?或許是吧。但是,目前由於存在許多繁重且耗時的挑戰,讓人類的火星任務還只是單程旅行,Relativity的目標就在於突破這些限制。

讓我們回到地球來看看這家位於美國洛杉磯的新創公司。該公司在日前發表其第二代Stargate 3D金屬列印機及其生產線。這台最新升級的列印機取代了2016年推出的第一代產品,目前安裝在Relativity位於美國太空總署(NASA)史丹尼斯太空中心(Stennis Space Center)超過280,000平方英呎的火箭工廠。

Relativity Space, Stennis Space Center

Relativity Space持續擴展其位於NASA Stennis Space Center的Stargate 3D火箭產線。(來源:Relativity Space)

Noone說,最新升級版3D列印機結合了機器人、機器學習和金屬3D列印技術,可製造的產品從大型推進槽到個別引擎元件等包羅萬象。Relativity大部份的IP就位於列印機的讀取頭。

[這種途徑讓人聯想起1960年代阿波羅太空船(Apollo)的工程師,他們拆解並重新設計了焊接設備,重新打造農神5號運載火箭(Saturn V)的大部份。]

機器學習與金屬3D列印技術的整合,為不斷擴展的列印過程提供了Noone所謂的「閉路控制」(closed-loop control)。他說,添加的功能意味著最新的列印機可以自主學習如何列印火箭零件。

該公司計劃在2021年初從卡納維爾角(Cape Canaveral)發射全球第一枚3D列印火箭。Terran 1發射器的有效載荷容量為1,250公斤(約2,755磅)。資深火箭專家們坦言,這樣的表現對於一家太空新創公司來說算不錯了。該發射器最近並進行了升級,可支援3公尺的有效載荷整流罩,使其可容納的體積增加了一倍。

Relativity並於本週宣佈了一輪1.4億美元的C輪融資,該公司迄今為止已籌集了1.85億美元的創投資金。

打破常規

這家火箭新創公司的另一個更「接地氣」的目標在於改變發射器的製造方式——這通常是一個進展緩慢、令人沮喪且昂貴的過程。例如,美國空軍(Air Force)不久前與聯合發射聯盟(United Launch Alliance;ULA)簽署了一份價值11.8億美元的合同,將在ULA的三角洲4號運載火箭(Delta IV Heavy)上發射五顆間諜衛星。

相形之下,Relativity更強調採用靈活的工具,以及避免重新製造故障火箭元件的需要。「您有一條可在生產中進行調整的生產線和火箭設計,」Noone在採訪中解釋,「規模生產一直是個薄弱環節。」

這種靈活的途徑吸引了來自傳統航太公司的一些火箭專家,如Noone就曾經因為火箭生產規模缺乏創新而感到沮喪。在Relatively致力於解決的問題中,包括幾乎每一個火箭元件都需要獨特的工作流程。

儘管向技術新創公司投入數百萬美元的創投公司多半都用「興奮」和「激動」這一類的形容詞來加以評論,但Relativity的一家投資方Tribe Capital共同創辦人Arjun Sethi在聲明時似乎更貼近於電子工程領域的聽眾。他說:「加快速度並進行火箭的設計製造與交付,將成為太空旅行和探索的摩爾定律(Moore’s Law)。」

這些創投業者可能持續挺進這一領域。例如,美國空軍(Air Force)與其供應商合作,改由3D列印來製造舊款軍機的零件,而不再購買新的零件。由於大多數舊機型的零件已經停止生產,購買這些原始零件的成本可能會更高。據《華盛頓郵報》(Washington Post)報導,該服務迄今已列印1,000多種飛機零件了。

針對其他應用領域,例如海軍使用3D列印機製造低成本零件,並用於訓練其維修人員。

Tribe Capital等投資方如今正押注於兩位精明幹練但僅二十出頭的年輕工程師——即Relativity的技術長Jordan Noone與執行長Tim Ellis,其前東家分別是SpaceX和Blue Origin——期望他們能夠實現讓整個技術生態系統超越地球軌道的目標,甚至或許有一天能夠到達火星表面。

那麼,很快地,人類最終將能夠在地球和紅色星球之間往返旅行。

編譯:Susan Hong

(參考原文:3D-Printed Rockets May Be the Ticket Home from Mars,by George Leopold)