提供高性價比火箭發(fā)射與運輸服務，「太瀚航天」瞄準全3D打印火箭制造

來源：36氪

成本和效率一直是航天行業(yè)發(fā)展的痛點。商業(yè)航天的意義在于為市場快速提供安全、極低成本的火箭，讓大量組織和個人用得起太空運輸服務。降低航天制造成本的一項關(guān)鍵技術(shù)，就是3D打印。通過3D打印，火箭研發(fā)節(jié)奏將大大加快。而零部件批量供應能力，也必須打造垂直的生產(chǎn)模式，有效控制成本，才能將零部件批量供應效率快速提高。

成立于2021年3月的「太瀚航天」，致力于研制液體推進劑運載火箭系列產(chǎn)品，提供高性價比的火箭發(fā)射與運輸服務。圍繞3D打印技術(shù)，太瀚航天建立火箭零部件全產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)線，實現(xiàn)快速迭代研發(fā)模式，目標是在嚴控成本的前提下實現(xiàn)快速安全入軌。

△運載火箭規(guī)劃參數(shù)，圖片來源：太瀚航天

3D打印發(fā)動機

太瀚團隊擁有火箭制造、3D打印、材料科學、IT等方面的背景。為將成本壓縮到極致，太瀚計劃將火箭超過90%的零部件在太瀚工廠由原材料直接3D打印為成品。通過新技術(shù)和垂直整合商業(yè)模式，太瀚的目標是將火箭采購成本控制在行業(yè)平均水平的五分之一以內(nèi)。

運載發(fā)展，動力先行，火箭發(fā)動機技術(shù)是火箭公司的核心技術(shù)。

太瀚正在開發(fā)小蟻液體火箭發(fā)動機，以液態(tài)氧和煤油作為推進劑。使用高壓補燃循環(huán)技術(shù)提高發(fā)動機性能，架構(gòu)先進，性能指標高于商業(yè)航天普遍使用的燃氣發(fā)生器循環(huán)技術(shù)，和國家隊主力火箭發(fā)動機性能相當。該款發(fā)動機V1目前推力為海平面20噸，正式投入使用時V2版優(yōu)化為30噸，并計劃在下一代巨蟻發(fā)動機將海平面推力提升至200噸。

小蟻發(fā)動機所有部件均采用3D打印，在30天時間內(nèi)可完成一臺發(fā)動機的制造，從而大大加快了開發(fā)和測試周期。通過3D打印技術(shù)，小蟻發(fā)動機的零部件比傳統(tǒng)技術(shù)制造的發(fā)動機要少很多，且簡單易安裝，易于做結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

△小蟻規(guī)劃參數(shù)，圖片來源：太瀚航天

3D打印機

根據(jù)火箭發(fā)動機對3D打印的特殊要求，太瀚3D打印團隊設(shè)計和制造了專屬的金屬3D打印機S480，并開發(fā)了配套的3D打印軟件和3D打印工藝。目前已在西安建立3D打印機生產(chǎn)線，正在進行3D打印機的整機調(diào)試。除S480外，太瀚也在研發(fā)打印火箭箭體的W450火箭3D打印機。該打印機使用自研的軟件、工藝及特殊合金，打印的箭體能夠滿足火箭發(fā)射要求。太瀚上海工廠正在建立火箭制造生產(chǎn)線，使用該3D打印機，一枚完整的火箭箭體將會在3個月內(nèi)完成制造。

太瀚計劃第一次發(fā)射試驗將在公司成立后的兩年內(nèi)完成，然后通過快速迭代方式達到快速入軌。減少火箭在實驗室測試的時間，通過真實的飛行測試獲取數(shù)據(jù)、改進優(yōu)化。太瀚計劃在亞軌道驗證3D打印的火箭發(fā)動機、3D打印的火箭箭體結(jié)構(gòu)、伺服機構(gòu)、慣組、可回收控制系統(tǒng)等產(chǎn)品。根據(jù)規(guī)劃，第一個3D打印的發(fā)動機部件是預燃室，第一個3D打印的箭體結(jié)構(gòu)是火箭第二級箱間段。除火箭箭體和火箭發(fā)動機外，火箭主要零部件包括慣導組件、伺服機構(gòu)、傳感器、工業(yè)化的飛行控制系統(tǒng)等的研發(fā)也在有序開展中。

同時，太瀚正在建設(shè)在線金屬3D打印商城，將金屬3D打印服務的價格透明化、親民化，助力3D打印技術(shù)在各行業(yè)的落地應用。未來人類建立月球和火星基地時，3D打印技術(shù)很有可能是一種很有用的建造工具。

采用3D打印技術(shù)與垂直商業(yè)模式，能夠大大減少火箭制造成本。對于火箭和3D打印業(yè)務的研發(fā)與工廠投入，太瀚預估前期需總投入約6億元后，于2024年火箭成功入軌。2023年依靠3D打印服務可提前獲得營業(yè)收入。

首款火箭與未來規(guī)劃

飛天是太瀚的第一款火箭型號，第一級集成9臺小蟻發(fā)動機，第二級則使用1臺小蟻真空版。該火箭具有270噸起飛推力，可提供4噸LEO載荷運力?；?D打印技術(shù)和垂直商業(yè)模式，一枚新的飛天火箭的采購成本預計可控制到1000萬人民幣級別。再結(jié)合可回收技術(shù)，每發(fā)火箭的采購部分成本將更低。

具有入軌能力是太瀚成功實施后續(xù)計劃的第一步。太瀚通過技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)關(guān)鍵設(shè)備，自建火箭全產(chǎn)業(yè)鏈（設(shè)計、制造、測試、發(fā)射）工業(yè)自動化生產(chǎn)線，大幅降低成本、縮短周期。太瀚主張快速迭代研發(fā)，通過有計劃的多輪測試與試錯，將研發(fā)周期、性能、安全性向極致靠攏。通過液體推進劑運載火箭，提高極具性價比的小型專箭運載服務、大型拼箭運載服務。

未來，太瀚將建造更大推力的發(fā)動機和承載更大載荷的火箭，并建造載貨和載人飛船，為空間站貨運、太空旅游、太空酒店、太空加油站、月球基地和火星基地的建造提供運輸服務，提供穩(wěn)定安全、價格親民的太空運載服務。太瀚計劃于2023年打造出能進行亞軌道驗證的火箭和發(fā)動機。

行業(yè)現(xiàn)狀

在全球商業(yè)航天行業(yè)，幾乎所有的初創(chuàng)公司都在思考或探索3D金屬打印技術(shù)。3D打印有助于減輕火箭重量，因為生產(chǎn)復雜結(jié)構(gòu)所需的螺母、螺栓和焊接更少。且當發(fā)動機發(fā)生RUD（快速計劃外解體）故障時，工程師僅需要幾天的時間就可以重新修復建模，再次進行測試。

以商業(yè)航天的領(lǐng)頭羊SpaceX為例，SpaceX早在2014年就首次在Dragon 3飛機上使用 3D 打印部件，他們第一個3D打印部件是火箭發(fā)動機的主氧化劑閥。該閥門如果是手動制造安裝，需要花超過2個星期的時間。通過3D打印技術(shù)，SpaceX只用了2天時間就制造出了該閥門。SpaceX Genius 3D現(xiàn)在也成為SpaceX快速制造的核心工具。為SpaceX提供金屬3D打印機的廠商Velo3D，于2021年3月在紐交所實現(xiàn)上市。

除了SpaceX外，新西蘭的火箭實驗室（Rocket Lab），美國的相對論空間（Relativity Space）和Launcher，英國的Skyrora和Orbex在3D打印方面也受到了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注。2017年，火箭實驗室就已成功發(fā)射裝載3D打印發(fā)動機的火箭，并在2019年7月達成100臺3D打印發(fā)動機的制造里程碑。相對論空間的思路更加前衛(wèi)，公司希望直接通過3D打印完整的火箭，不需要任何人為的組裝。Orbex的目標則是最早在2022年發(fā)射使用3D打印引擎的火箭。

除了商業(yè)航天的玩家外，許多國有航天部門和單位也在積極發(fā)展3D打印技術(shù)。其主要原因是大型火箭的制造零件尤其繁多，如果能通過3D打印減少工序，將極大提高火箭的制造效率。在1969年，美國登月使用的土星5號(Saturn V) F-1發(fā)動機有5600個制造零件，而到使用3D打印技術(shù)重新設(shè)計的阿波羅F-1發(fā)動機，制造零件已經(jīng)減少到40個。

中國方面，在2000年前后，航天科技集團六院7103廠已經(jīng)開始布局3D打印技術(shù)，并引進激光選區(qū)燒結(jié)（SLS）裝備及技術(shù)，用于我國新一代液氧煤油火箭發(fā)動機的快速研制。2016年長征五號首飛成功，7103廠的3D打印產(chǎn)品隨長五亮相太空。截至目前，3D打印技術(shù)已經(jīng)在7103廠40多個型號240余種典型產(chǎn)品中得到使用，產(chǎn)品先后成功參與50余次發(fā)射和飛行試驗。

△相對論空間的Stargate 3D打印機，圖片來源：Relativity Space