南极熊获悉，美国太空公司，也是第一家3D打印整个火箭并制造超大型金属3D打印机的公司Relativity Space在2021年6 月8 日连续公布了两条重磅消息：发布完全可重复使用、完全 3D 打印的运载火箭Terran R； 并宣布完成了6.5亿美元（约41.6亿人民币）的E轮融资，使Terran R计划扩大生产规模和发展长期基础设施成为可能。据专家称，最新一轮融资使公司迄今为止筹集的总资金达到13亿美元（约13亿人民币），并使Relativity的投后估值远远超过40亿美元（约255.8亿人民币）。
△Relativity Terran R火箭构想。
完全可重复使用3D打印火箭：Terran R
作为一款两级、216 英尺（约65.8米）高、直径 16 英尺（约4.9米）、有效载荷整流罩长5米的火箭，Terran R将完全可重复使用，并能够向近地轨道（LEO）发射20吨重物，这比Terran 1多了20倍的有效载荷。Terran R具有独特的航空功能和复杂的结构，将配备7个3D 打印Aeon R火箭发动机，每个能够产生302,000磅（约137吨）的推力。Aeon R是Aeon 1发动机的放大、高压版本，已经在Terran 1上装载，发动机使用低温液态甲烷和氧气作为动力，并通过推进剂罐自生增压。此外，在火箭上级Relativity还为Terran R部署了一个额外的Aeon Vac发动机。
△Relativity Space使用Stargate 3D打印机来制造火箭。
据悉，Terran R将在Relativity的Factory of the Future工厂中生产，与Terran 1使用相同的打印机Stargate，它是一款超大型金属 3D 打印机，使用定向能量沉积技术。为了逐层构建打印部件，打印机将金属线送入沉积区域并使用能量熔化金属线。这依赖于人工智能(AI) 驱动的控制、奇特的3D打印材料合金以及传统制造无法实现的独特几何形状设计，在行业中产生更快的复合进步和迭代速度。Relativity宣称，Stargate能够使公司在60天内完成火箭的制造。
△Relativity的Stargate 3D打印机和一个在三天内增材制造的燃料桶。
以上这些，都使Terran R能够有资格成为下一代大型卫星发射和多行星运输的理想选择，有助于在地球外建立人类的工业基地。Relativity Space打算将Terran R在2024年在公司位于卡纳维拉尔角（Cape Canaveral）的发射场发射。
△电脑渲染图：Relativity的火箭Terran从卡纳维拉尔角的LC-16发射台发射
6.5亿美元的E轮融资
本轮投资由Fidelity Management &Research Company LLC领投，新投资者包括由BlackRock、Centricus、Coatue和SorobanCapital管理的基金和账户，以及现有投资者Baillie Gifford、K5 Global、Tiger Global、TribeCapital、XN、Brad Buss、Mark Cuban、Jared Leto 和 Spencer Rascoff的参与。这 与公司的上一轮融资相隔不到半年。到目前为止，公司已筹集了约13亿美元（约13亿人民币）的风投，本轮估值为42亿美元（约268.6亿人民币）。
△公司总部的一排两层楼高的3D 打印机托架。
另外，让南极熊觉得有意思的是，Relativity Space的发展策略似乎与其他同类竞争对手不太一样。在Rocket Lab积极寻求SPAC上市之时，Relativity Space似乎是想探索一条与之相反的道路。Relativity Space首席执行官兼联合创始人Tim Ellis表示Relativity“从未认真考虑过SPAC上市”，并认为他的公司还不需要上市，且可以在私人市场上挖掘“几乎无限的资本”。
△带有铜基推力室的Aeon发动机在斯坦尼斯航天中心接受测试
不过这种说法也并非是过于自信，据美银近期发表研报显示，预计在未来10年，太空经济市场规模将扩大两倍以上，达到1.4万亿美元（约8.95万亿人民币）。而根据Relativity Space自身的业绩来看，这家公司未来的融资之路依然会走的十分顺利。或许，真的有可能成为一家快速发展的颠覆性公司。
△Relativity Space 的全3D打印火箭、Terran 1 和更大且可重复使用的Terran R。图片由 Relativity Space 提供。
Relativity Space的野心
Relativity Space是第一家成功做到完全3D打印火箭的公司，使制造成本大幅度降低。与SpaceX的猎鹰9号相比，Terran 1报价成本是它的五分之一不到。如今，Terran R被设计为可重复使用，将会使成本进一步降低。
△Relativity 3D打印机制造火箭燃料箱
但是，Relativity的野心不仅仅在降低成本之上，TerranR的综合能力足以能够与猎鹰9号正面交锋。仅从助推器配置比较：猎鹰9号配备了9个Merlin发动机，每个发动机的推力约为190,000磅（约86.2吨）；而Relativity的Terran R 配备 7 个Aeon R发动机，每个发动机的推力为302,000磅（约137吨），几乎不相上下。如果Terran系列发射成功，那么结合制造成本，Relativity的优势会更加明显。
△Relativity最近扩大了生产能力，包括在NASA的斯坦尼斯航天中心建立了一个火箭工厂，图片来自Relativity Space
Relativity Space首席执行官兼联合创始人Tim Ellis表示公司从五年前就计划3D打印Terran 1和Terran R。同第一款火箭Terran 1一样，公司的第二款产品Terran R将继续利用 3D打印方法减少零件数量、提高创新速度、灵活性和可靠性，将下一代运载火箭推向市场。Relativity将继续致力于3D打印整个火箭并在火星上建立人类的工业基地。
△3D打印Terran 1二级飞行罐制造过程
在过去的六个月中，Relativity Space在商业和技术都达到了不错的成绩：与Terran R的第一个主要客户签约；完成了第一代Terran 1轨道火箭85%以上的打印，包括它的第一级和第二级，保持了在2021年底从卡纳维拉尔角发射的势头。据悉，Terran 1具有良好的商业吸引力，为Relativity带来了从私人和政府客户那里获得的9份发射合同。例如，与TriSept的客户合同、与Iridium的按需卫星发射合同、与美国国防部的第一份发射合同以及与NASA的风险级发射服务演示2（VCLS Demo 2）合同。
△Aeon发动机
在过去的一年里，尽管疫情对整体经济产生了影响，但Relativity反而加快了招聘步伐。公司希望在现有的400 多名员工团队的基础上，再增加200名团队成员。凭借全新的、自上而下的 3D 打印生产方法，Relativity期待在火箭设计和生产上能够在未来呈指数级发展。
△TERRAN 1
Relativity Space正在试图颠覆60年的航空航天业，通过彻底简化供应链使公司能够制造“白菜价”火箭，通过融合 3D 打印、人工智能、专有软件和自主机器人技术，在不到60 天的时间内比市面上同类产品减少使用了100倍的零件，为航空航天创造了一个全新的价值链。
△TERRAN R
国内的航天3D打印领域
回望2020年，中国的航天事业也迈向了一个新的台阶。新一代运载火箭长征五号B、长征八号首飞成功，天问一号奔赴火星，新一代载人飞船实验船成功验证，探月工程“绕、落、回”三步走圆满收官等，3D打印技术也在其中做出了贡献。
△在轨3D打印进行中，来源：央视新闻
中国航天科技集团长征五号B运载火箭在2020年5月的首飞取得圆满成功，除了完成为期三天的太空遨游之外，火箭还搭载了除了搭载的一台中国自主研制的“复合材料空间3D打印机”，还带回了在轨打印的两个样件。这是全球首次实现连续碳纤维增强复合材料的太空3D打印，引起一了大波关注。
△中国首次太空3D打印的两个样件
除了太空3D打印之外，火箭本身也使用了许多3D打印技术。集团八院149厂研究室主任赵凯介绍：“像我们重型运载火箭，它有主芯级和助推级，之间的连接部件有米级这样一个尺寸。如果用传统的制造方式是将近150公斤这样一个重量，而现在用3D打印技术，重量上我可以减重达到百分之三十多。”529厂还积极开展3D打印技术的研究与应用，针对“嫦娥”系列、火星探测器等新一代轻量化航天器发展需求，取得了较好的效果。利用3D打印技术，该厂已经完成20多个型号共计500余件产品的交付使用，有力地支撑了型号复杂形状结构产品的快速研制。而211厂增材制造中心放弃惯常采用的复合3D打印方案，选择了技术难度更高的全3D打印成功研制出首件全3D打印芯级捆绑支座产品。同月，我国新一代载人飞船试验船飞行任务圆满成功，实现了我国超大尺寸整体钛框架3D打印制造的首次航天应用。由航天五院总体部主导研制的直径达4米的超大尺寸整体钛框架全部采用3D打印工艺制造，成功实现了减轻重量、缩短周期、降低成本的目标。
△航天科技集团五院529厂为支撑航天器结构制造数字化智能化转型升级
2020年7月，长征五号运载火箭在中国文昌航天发射场成功点火起飞，奔向火星。这是首款从头开始设计的运载火箭，而且还采用了50个3D打印机制作的零件。长征五号运载火箭总长约57米，箭体直径达5米。级间解锁装置保护板单批次加工件数较少、加工频次较低，相比于传统注塑方式，采用3D打印技术无需开模，一体成型。
△2020年7月，长征五号运载火箭在中国文昌航天发射场成功点火起飞
另外，据说在“天问一号”火星探测器上也使用了超过100个3D打印定制的零部件，其中包含相当一部分的金属3D打印零件（如钛合金等），具有高强度耐高温耐辐射等各种高性能特征，可以满足在火星恶劣环境中正常工作运行的要求。
△天问一号
在民营航天方面，2020年3月，北京宇航推进科技有限公司自主研制的沧龙一号液氧/LNG液体火箭发动机（CL-1）全尺寸涡轮泵完成装配及交付。这标志着沧龙一号发动机研制工作将正式迈入系统级调试和测试阶段。
△北京深蓝航天自主研制的“雷霆-5”（LT-5）液体火箭发动机
虽然南极熊尚未发现国产完全3D打印火箭的案例，但是非常高兴看到越来越多的航天科技公司越来越重视3D打印技术在太空领域的应用。通过查询相关文献，南极熊列举了一些很有意思的专利以供大家积极思考： - 北京星际荣耀空间科技有限公司（CN209838557U）通过3D打印制造火箭发动机的总装结构，以内部成型流道的方式替代传统的管路件，减少了零件数量，同时节省了组装步骤以及管路购买成本。
- 内蒙动力机械研究所（CN112523902A）设计了一种喷管用3D打印复合材料固定壳体，降低了喷管结构质量，提高发动机的质量比，对支撑导弹武器未来的升级具有重要意义。
- 蓝箭航天空间科技股份有限公司（CN112459926A）将激光焊接与3D打印技术结合使用制造航天器推力室，比现有技术工艺简单、制造周期短、节约成本、可以大批量生产等。
- 中国空间技术研究院（CN112590196A）利用脉冲电流作为非晶合金太空增材制造的热源，对非晶合金进行点压快速焊接及逐层增材制造。过程中热作用时间精准可控，可以保持原材料的非晶结构，提高增材样件的力学性能。
CN209838557U.pdf
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