Launcher利用金属3D打印，低成本制造卫星运输工具Orbiter的部件

2022年6月，南极熊获悉，总部位于加利福尼亚的太空初创公司Launcher正在组装卫星运输工具和有效载荷平台Orbiter，将完成其第一个任务 SN1。此飞行硬件计划于2022年10月搭乘SpaceX的Falcon 9，飞上太空。该公司透露，此组件中的所有东西（紧固件除外）都是内部设计和制造的，而且Velo3D的蓝宝石3D打印系统做出了极大的贡献，生产了高性能的金属部件。



当SpaceX SmallSat Rideshare Program将Launcher 的 Orbiter卫星运输工具和平台送入太空后，它将在每次任务中承载高达400公斤的CubeSats和小型卫星，并将它们精确地放置到预定轨道上。从2024年开始，该公司还将开始通过名为Launcher Light的液体燃料火箭提供发射服务，该火箭将携带150公斤和105公斤的有效载荷分别进入低地球轨道 (LEO) 和太阳同步轨道 (SSO)。

轨道器是火箭三级设计的顶端，是火箭的最后一部分。当SpaceX在2020年初宣布将开始在Falcon 9火箭上销售“有效载荷空间”时，Launcher团队意识到可以使他们的卫星部署系统与其他发射平台兼容，并决定快速开展此项目。


△Launcher的Orbiter卫星传输飞行器和平台。Launcher的Orbiter卫星运输工具和平台由3D打印的引擎提供动力，将于10月首次进入太空。

3D打印关键部件
1. Launcher基于火箭发动机的图纸，使用增材制造 (AM) 技术对其进行改进和设计。其中，有些金属零件的制造十分困难，普通的加工方式难以获得，这时前 SpaceX AM经理Tim Berry领导的团队选择了Velo3D。Velo3D为Launcher打印制造的第一个零件是发动机的带罩叶轮，这是一个极其关键和复杂的Inconel零件，它需要承受每分钟30,000 (rpm) 的速度旋转，而且必须承受超过300 bar的出口压力。但是，Berry表示他的团队已经完成了这项任务，制造了“超出预期目标”的成品。


△Launcher的四个Orbiter引擎，采用Velo3D的技术增材制造。Launcher的四个Orbiter引擎采用Velo3D的技术增材制造。

从那以后，Velo3D从Launcher的分包商变成了合作伙伴，现在Launcher已经投资了自己的增材制造设备和其他金属加工机械。Launcher创始人兼首席执行官 Max 认为此举为公司带来了快速、灵活和具有成本竞争力的制造优势。这对于一家决心让其轨道飞行器以业内最低成本获得最高推进能力的公司来说至关重要。但要实现这一目标，Launcher必须拥有内部设计和制造能力。Berry指出：“若每次都从第三方购买分离环、推进系统或支撑结构，成本和交货时间一般来说要增加十倍。因此，需要花费一周左右的时间来设计引擎、打印和测试它，这可能会花两三个月的时间与外部供应商合作。时间成本和费用成本都太高了！”

2. 油箱就是一个典型的适合3D打印制造的例子。如果有人试图寻找能够承受 3,000 磅/平方英寸 (psi) 压力的太空级储罐，他们一般需要接受8个月到2年的交货时间，特别是如果它们是定制的。但Berry强调说，在他们的制造方式下，制造上述的油罐完全不是问题，不需要等待这么长的时间。Orbiter的22升油箱与Sapphire的制造体积相匹配，因此Launcher开始使用Inconel打印零件。尽管它们的性能相当不错，但Berry和他的团队希望通过改用更轻的钛来优化设计，这对航天器来说非常有效。


△Velo3D刚刚打印完成的钛燃料箱。Launcher 使用 Velo3D 蓝宝石金属增材制造系统来制造更轻的油箱。

3. 自己就能进行打印制造的能力使Launcher能够在不牺牲时间和金钱的情况下不断产出更优化的设计和提供更高的性能。如今，该公司正在Sapphire系统上3D打印一系列组件，包括支架和其他二级结构、燃烧室和喷射器，所有这些组件都在Launcher位于加利福尼亚州霍桑市的新总部24,000平方英尺的工厂车间内进行制造。该公司甚至向其他初创公司出售低成本、可集成的 24 英寸分离环（内部开发的用于将 Orbiter 与 SpaceX Falcon 9 分离的飞行硬件）。


△Launcher 内部开发的低成本 24 英寸轨道器分离环。Launcher 内部开发的低成本 24 英寸轨道器分离环。图片由 Launcher 通过 LinkedIn 提供。

空间探索
一个月前，Launcher公布了Orbiter首飞的客户名单，其中包括卫星开发商Skyline Celestial、NPC Spacemind和Innova Space，以及学生运营的太空研究团体Cal Poly Pomona的Bronco Space和斯坦福大学。


△Launcher的 Orbiter SN1 集成正在进行中。Launcher 的 Orbiter SN1 集成正在进行中。

由于大部分结构、推进器和航空电子部件是由内部设计和生产的，所以Orbiter以每辆专用飞行器400,000美元的行业领先价格（不包括 SpaceX 飞行成本）提供给其客户。同时，根据任务要求，还以每公斤 8,000 至 25,000 美元（包括 SpaceX 飞行成本）的价格向 Orbiter 客户提供发射和轨道转移服务。

根据Haot的说法，即将进行的首飞实验将表明用户对转移和托管有效载荷服务的需求，Orbiter提供的共享资源可以非常有效地提供这种服务。距离推出还有不到 110天的时间了，可以说，这是今年最激动人心的产品之一，让我们一起期待吧！