相对论空间积压火箭发射订单达12亿美元,NASA和AI太空工厂推出3D打印月球前哨计划

国内
2022
07/05
22:39
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本帖最后由 warrior熊 于 2022-7-5 22:43 编辑

导读:在过去的一个月里,航空航天领域已经宣布了几个与3D打印有关的里程碑,从用于小行星探索的新的弹跳空间机器人到美国国家航空航天局向月球轨道发射新的先锋卫星。

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2022年7月5日,南极熊获悉,美国宇航局肯尼迪航天中心、空间技术设计机构AI 太空工厂(SpaceFactory)和3D打印火箭制造商相对论空间(Relativity Space)的两项新进展已经曝光。前两者已经公布了他们对NASA的3D打印月球前哨LINA的设计,而RelativitySpace已经与天基通信公司OneWeb签署了一项多发射协议,在2025年发射其低地球轨道(LEO)卫星。

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△3D打印的LINA月球前哨的效果图。图片来自AI SpaceFactory。

LINA月球前哨计划

LINA的设计和测试是美国宇航局REACT项目的一部分,这一项目旨在推进AI SpaceFactory为该机构的3D打印栖息地挑战所创造的技术和材料。

美国宇航局目前正在进行几个项目,以建造月球结构,包括与德克萨斯州建筑公司ICON合作的一对夫妇,以3D打印火星栖息地。据悉,他的计划是模拟未来宇航员访问火星表面时将经历的真实条件,并采用增材方式制造一个由月球雷石制成的月球发射台。

AI SpaceFactory刚开始所使用的原始聚合物是用火星雷石模拟物制成的,后来对打印材料进行了修改以模拟出最真实的月球雷石材质,并将在美国国家航空航天局(NASA)的真空室中进行测试,以模拟月球上的环境条件。

测试阶段的结果将提供有关开发能够在月球表面建造大型结构的可持续3D打印系统的进一步信息,该系统最终将被用于打印LINA。

美国宇航局和AI SpaceFactory现在已经透露了LINA的设计,它将由自主机器人在月球南极沙克尔顿火山口附近建造。据预测,火山口山峰上的近乎连续的阳光可以提供太阳能,而火山口内部的阴影应该可以实现水冰的采集。

LINA设计有3D打印的 "罗马式 "拱门,能够以最小的材料承受高的压缩负荷,拱门顶部将建造有2.7米的月球雷石结构层,用于防护辐射、微陨石、月球地震活动和极端热波动。

据AI太空工厂称,他们所开发的雷石聚合物复合材料的强度足以支撑月球前哨的几何形状,以创建一个可持续的和持久的结构,可以支持长期居住,并可能在未来前往其他星球。预计今年晚些时候将在真空室中进行第一次测试打印。

AI SpaceFactory的CEODavid Malott说:"我们的火星栖息地原型MARSHA证明了用聚合物复合材料进行3D打印是在尝试在地外空间居住的绝佳选择。接下来,我们将在一个新的背景下开展试验,在一个没有大气压力或天气系统的环境中开发LINA并将它打印出来,用新的和更精确的变量来推进这项技术。"

相对论空间公司获得了12亿美元的发射合同

与此同时,Relativity Space公司在与OneWeb公司签订了多份发射协议后,其Terran R火箭的预发射合同积压总额达到12亿美元。Terran R是该公司的第一个可重复使用、完全3D打印的运载火箭,预计将于2025年发射,接着是最初的Terran 1,该运载火箭即将进行首次轨道发射。

去年6月,RelativitySpace公司筹集了6.5亿美元来加速Terran R的生产,它将能够向低地轨道发射超过20000公斤的物体。Terran R是一个两级火箭,高216英尺,直径16英尺,有效载荷整流罩5米,将能够向轨道输送比Terran 1多20倍的有效载荷。

在与OneWeb的多年发射服务协议中,TerranR将从2025年开始发射该通信公司的低地轨道第二代卫星,为其现有的648颗在轨卫星增加容量和新的功能。Terran R将从Relativity Space位于卡纳维拉尔角空军基地的场地发射OneWeb任务。

OneWeb公司首席技术官MassimilianoLadovaz说:"我们为与Relativity公司达成的协议感到兴奋,我们一直钦佩Relativity公司是航空航天制造业的真正颠覆者。Relativity将为我们的发射计划在未来增加新的能力"。

尽管距离Terran R火箭发射还有几年时间,但OneWeb是Relativity Space为火箭服务争取到的第五个客户。值得注意的是,多项发射协议已经使Relativity Space公司的积压项目总额超过了12亿美元。

Relativity Space公司联合创始人兼首席执行官Tim Ellis说:"我们很荣幸被OneWeb公司选中,帮助他们发射第二代星链火箭。他们有一个令人难以置信的团队、技术和势头,这家公司作为卫星通信领域的世界领导者,已经有数百颗运行中的卫星在轨道上。显然,市场需要更多的颠覆性发射能力,而相对论正在开发Terran R以满足这一额外需求。我们迫不及待地计划、执行并与oneweb一起成功发射这些任务"。

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左图:Terran1火箭。右图。具有20倍有效载荷能力的Terran R火箭。图片来自Relativity Space。

世界各国的火箭发射成本对比

事实上,世界上可以提供商业卫星发射的国家或厂家并不多,而一直活跃在社交媒体前线的马斯克所创立的SpaceX公司就是其中一家。去年12月,SpaceX 的猎鹰 9 号火箭发射了一个货舱,为国际空间站的宇航员运送物资和圣诞礼物。升空仅八分钟后,火箭的第一级就返回地球,降落在 SpaceX 在大西洋的一艘无人驾驶飞船上。这标志着公司第100次成功登陆。与 Jeff Bezos 的 Blue Origin 和 Ball Aerospace 等其他公司一样,SpaceX 正在设计和建造创新的航天器,通过使其更加常规和负担得起来加速太空交付。但是,将货运火箭发射到太空需要多少费用?这些费用多年来发生了怎样的变化?

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图注:
1、soyuz(联盟号飞船,前苏联设计的一款载人飞船).
2、Saturn V,译农神五号,亦称为月球火箭,是NASA在阿波罗计划和天空实验室计划两项太空计划中使用的多级可抛式液体燃料火箭。
3、Space Shuttle (航天飞机)是一种往返于近地轨道和地面间的、可重复使用的运载工具。
4、long march 3b(长征三号乙运载火箭),是 20 世纪 90 年代末期中国运载火箭技术研究院研制的一型三级液体捆绑火箭。
5、Delta Heavy,三角洲重型运载火箭,为波音公司所研制的火箭载。
6、Angara,“安加拉”系列火箭是苏联解体后俄罗斯研发的首个运载火箭系列。
7、Falcon 1,SpaceX猎鹰 1 号。
8、Falcon 9,SpaceX猎鹰 9 号。
9、Falcon heavy,SpaceX重型猎鹰。
10、Starship(estimate),SpaceX星际飞船。

在上图中,我们根据美国战略与国际研究中心的数据,查看了自 1960 年以来全球太空发射的每公斤成本。

现在,马斯克的SpaceX公司凭借巨大的价格优势,已经把其它火箭,包括欧洲和俄罗斯的市场差不多要抢完了,以致俄罗斯航天负责人罗戈津大为光火,称NASA暗中支持马斯克在火箭发射上搞倾销,虽然马斯克商业发射一次只要6200万美元,但给NASA发射每次却要高得多,相当于NASA在补贴马斯克,搞掉其它竞争对手。

当然,马斯克不光抢其它国家“国家队”的发射合同,甚至最近几次发射星链网卫星时,马斯克都腾出了一部分载荷搭载其它小型卫星,开始抢刚刚崛起的小型火箭发射商火箭实验室的生意。那么,马斯克的火箭究竟有多便宜,把全球火箭发射市场搞得鸡飞狗跳,重新洗牌的呢?

下面给出了更为详细的世界各国主要火箭的发射价格,大家可以做一个对比:

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以上7种火箭,只有猎鹰9号火箭是商业火箭且可重复使用,发射价格也比其它火箭低得多,大约只有其它国家主力火箭的½到¼。这还没算该火箭巨大的发射利润,根据马斯克的说法,第一次发射的利润就是30%,然后除去整流罩、第二段、燃料等费用,制造一枚猎鹰9号的费用实际在3040万美元左右。现在回收次数最多的一枚已发射了5次,即使不算整流罩回收节约的费用,单次发射成本也已经降到了1908万美元,相当于每公斤载荷发射成本只有837美元,其它火箭的竞争已没有任何意义了。不过在今年3月份,受到原材料价格上涨等因素影响,SpaceX公司的互联网卫星产品和火箭发射服务应声涨价。SpaceX官网显示,由于通胀水平过高,公司将从5月起全面上调服务价格。猎鹰9号以及猎鹰重型火箭的发射起价将分别由6200万美元和9000万美元上调至6700万美元和9700万美元,上调幅度约8%。

不仅如此,从打造猎鹰火箭开始,马斯克就将安全放在第一位,采取多种措施确保火箭发射的安全。新生产的火箭首先要进行全时段静态点火测试,然后才会运到发射场,在没有载荷的情况下进行第二次10秒钟静态点火测试,完成后才会加装载荷发射。火箭也有较大的冗余,即使有两台发动机无法工作,也能确保发射成功。目前猎鹰9号已成为世界上最可靠的火箭,以93次发射,91次完全成功,一次半成功,一次全失败,97.8%的成功率,高居现役主力火箭的榜首。

如此骄人的成绩并不是马斯克的终点,而仅仅是他的起点。马斯克声称正在打造的火星星舰将批量生产,未来的火箭发射将只有燃料和发射成本,最终将达到200万美元发射一次,载荷达100吨,算下来成本只有20美元/公斤,和现在的飞机票差不多。

20 世纪的特点是两个冷战对手苏联(USSR) 和美国之间为了获得卓越的太空飞行能力而展开竞争。太空竞赛带来了巨大的技术进步,但这些创新付出了高昂的代价。例如,在 1960 年代,美国宇航局花费 280 亿美元将宇航员送上月球,今天的成本经通胀调整后相当于约 2880 亿美元。在过去的二十年里,世界各地不断发展起来的太空初创公司已经证明他们可以与波音和洛克希德马丁等重量级航空航天承包商竞争。今天,SpaceX 火箭发射的成本可能比 60 年代俄罗斯联盟号的乘坐成本便宜 97%。

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△2000-2022年的太空飞行成本变化

如果真是这样,人类还有什么理由不向太空发展呢?太空旅游、太空房地产、太空采矿等领域可能已真的在向我们招手了。

参考阅读:
1.      (看看这7种火箭的价格对比,哪里还有什么价格战?猎鹰完全就是碾压啊!)https://zhuanlan.zhihu.com/p/176941660
2.      SpaceX创建前后向太空发射火箭的成本对比(https://www.visualcapitalist.com/the-cost-of-space-flight/
3.      列出全球各大火箭成本,还说马斯克火箭回收没用?(https://www.163.com/dy/article/G9MPTAVH0511N6MT.html
4.      太空发射到低地球轨道:它的成本是多少?(https://aerospace.csis.org/data/space-launch-to-low-earth-orbit-how-much-does-it-cost/
5.      SpaceX引领新一轮太空竞赛 火箭发射越来越便宜(https://m.huanqiu.com/article/9CaKrnKaVuo


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