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Raise3D為火箭回收再發射提速

Raise3D為火箭回收再發射提速

2021/4/8 13:58:50

引言:有人評價伊隆·馬斯克(Elon Musk)是繼喬布斯之後當代最偉大的企業家,在馬斯克創立的多個企業中,SpaceX毫無疑問是王冠上最璀璨的鑽石,其讓人類成為多行星文明的企業願景,也使得SpaceX成為了全美畢業生最想進入的企業,沒有之一。相比其他國家級航天機構,以及後來的其他商業航天機構,SpaceX的制勝之道究竟是什麼?


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圖 | 馬斯克在演講中展示“殖民火星計劃”的火星基地α(Mars Base Alpha)




比節日煙花更頻繁的發射次數


SpaceX的發射有多頻繁?2020年,SpaceX共發射火箭26次,成功26次,從發射總量而言,佔全球商業航天的70%。


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數據來源:航天愛好者網

 

不過相比發射數量而言,更讓人震驚的是,2020年SpaceX的發射全部使用的“獵鷹-9”火箭(Falcon 9)。


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圖 | 獵鷹-9號火箭家族


獵鷹-9是僅次於重型獵鷹的大載重運載火箭。到達全動力後,9台發動機每秒耗費燃料和液氧3200 lbs,產生約850,000磅(38.55噸)的動力,近地軌道有效載荷質量22.8噸。


這使得SpaceX的火箭可以實現“一箭多星”甚至“一箭百星”,也造就了入軌航天器發射數量遙遙領先。

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圖 | SpaceX Starlink(星鏈)項目一箭多星示意圖


下面的全球統計口徑我們可以相對比較清晰地瞭解SpaceX的發射次數和入軌航天器數量——SpaceX承擔了的美國的90%的入軌航天器的發射量。如果把SpaceX以外的全球所有其他機構(包括美國其他機構)組成公司,其發射入軌航天器的總量僅僅為SpaceX的一半。要知道,這都是在2020年美國疫情下完成的,到今年一月開始SpaceX平均每10天就進行一次發射,而這種效率的基礎,就是SpaceX 火箭的模塊化組裝和回收能力。


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回收、翻修、迭代-挑戰人類工程技術的極限


SpaceX火箭一級回收技術是它被人熟知的開始,自2015年首次成功以來,媒體和大眾早就習以為常。2017年更是實現了14次嘗試,全部成功,其中4次實現了發射“二手火箭”2018年4月首次試射成功的獵鷹重型火箭,左右兩個“捆綁”的助推器其實就是之前成功回收的火箭一級助推器,中間的為嶄新的火箭一級助推器。一個新的獵鷹9號火箭相當於一枚嶄新的獵鷹9號火箭和兩枚被回收的火箭一級助推器組合而來。


44.jpg圖 | 降落中的重型獵鷹火箭


一枚嶄新的獵鷹9號(Falcon 9)火箭報價在5500-6200萬美元之間,遠低於同類的宇宙神5(Atlas-5)和德爾塔4(Delta-4)1-4億美元不等的報價。得益於可回收火箭這項獨門絕技,經過維修後的“二手火箭”再次登場時,相比新火箭,報價將打七折左右,但運力沒有區別。這使得它的競爭力進一步上升。


同時通過回收火箭,工程師可以更加了解火箭的配重、燃料並且進行結構優化,同樣以獵鷹9火箭為例,從v1.1到FT的版本提升中,F9 FT比F9 v1.1僅僅增重不到10%,9個Merlin 1-D的推進能力被從588噸提到了761噸,提高了30%,低地球軌道運載能力增加了9噸, 近之前版本荷載的70%。



Raise3D如何助力SpaceX火箭翻修


作為SpaceX的重要供應商之一,Elite Aerospace負責承擔於SpaceX部分航天部件的翻修工作。如何滿足SpaceX回收後快速重複發射的商業模式,以及應付馬斯克本人的隔三差五郵件要求的“速度越快越好”成為了Elite Aerospace公司工作的重中之重。


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圖 | 圖中的獵鷹一級助推器已經是第六次使用


在翻新使用的獵鷹火箭時候,首先要確定哪些零件需要更換或者維修,然後確定好維修的加工工藝,接着是針對加工工藝開發定製夾具。

 Elite Aerospace公司機加中心


由於每次發射的火箭都有迭代,且實際損耗的部位不同,無法提前預知。因此如何快速地定製開發出夾具成為了Elite Aerospace在承接SpaceX的獵鷹火箭翻修任務中最大的挑戰之一。就在不知道如何應對馬斯克的下一封郵件的時候,SpaceX的研發人員在和Elite Aerospace的交流過程中,向他們推薦可以嘗試使用Raise3D的3D打印機來製作夾具。



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NASA很早就使用Raise3D的打印機進行創新開發

 來源:NASA空間技術轉化項目報告

Bring NASA Technology Down to Earth



這一想法被很快驗證可行,大尺寸、打印精度、打印效率、可兼容的耗材、可控設備成本——Elite Aerospace公司在使用過Raise3D打印機之後,立刻和其他航空航天企業一樣成為了Raise3D的忠實擁躉。並在之後採購了多款機型。通過使用這一技術除了解決了SpaceX的交付時間要求,同時也為整個項目節省了數百萬美元的經費。


航空航天工程是人類工程科技的集大成者,每一個部件的生產和裝配的設計都需要專業的分工和加工鏈支持。如今,3D打印已經是如此複雜工程網絡中不可或缺的一員。Raise3D幫助NASA、SpaceX的研發和工程人員壓縮時間(TIME COMPERSSION),為人類可見未來的火星移民增添一份綿薄之力。


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展會預告:與SpaceX同款設備零距離接觸


Raise3D(上海復志)將於5月26-28日參加在國家會展中心(上海虹橋)舉辦的2021年亞洲3D打印、增材製造展覽會(TCT亞洲展),我們將在此次的展會上全球首發包括間接金屬、大尺寸增強碳纖維和內嵌人工智能維護的多款全新一代3D打印設備,NASA的授權復刻版3D打印工具、以及全球領先的工程技術企業的創新案例。




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現在起至5月1日通過掃描上方Raise3D專屬展會報名二維碼進行預約參觀,免50元門票外,還將獲得BASF Ultrafuse ABS Fusion+或雷孚斯LUVOCOM 3F PAHT限量定製款展會胸卡掛鈎紀念品一個,數量有限(各300個),先註冊先得。


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審核編輯(
王靜
)
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