基于通过 Terran 1 “人族1号”火箭(世界上第一个飞行并到达太空的 3D 打印火箭)积累的七年多的经验和动力,Relativity
Space正在加速公司对 Terran R 的开发,以满足巨大的市场需求。Terran R 还代表着Relativity
Space朝着构建人类多行星未来的使命迈出了一大步,最终为客户提供了一种能够执行从地球到月球、火星等任务的点对点太空货船。

20230417092002168169440230082Terran 1 火箭首飞
© Relativity Space

20230417092002168169440280998 Terran 1 火箭首飞任务实现

Terran 1 火箭首飞任务实现的意义:

– Terran 1 是世界上第一枚3D打印火箭。

– 首次证明3D打印火箭在结构上是可行的,能够承受飞行过程中的最大应力(最大动压点Max-Q)。

– Terran 1 火箭进入太空,越过卡门线(100公里以上),成为西方第一个进入太空的甲烷火箭。

– 从发射到再入大气层,Terran 1 火箭收集了大量遥测数据,可用于验证假设并建立预测模型,有助于设计更大的可重复使用火箭人族 R号。

根据3D科学谷,Terran 1首飞的意义还在于证明了Relativity Space的颠覆性创新价值:

  1. 改变了供应链。以往火箭制造很长的供应链,将供应商的需求降为全部自己3D打印制造几乎所有零件。零件数量减少100倍;

  2. 改变了研发,研发速度提升10倍;

  3. 人工智能用于制造,Relativity的3D打印本质是人工智能算法驱动的智能制造。

从 2026 年开始,Terran R 将从 Space Launch Complex 16 发射,这是Relativity Space位于佛罗里达州卡纳维拉尔角的轨道发射场。

20230417092002168169440280998 吸取TERRAN 1 精华的TERRAN R

根据北京中科宇航技术有限公司、中国科学院力学研究所,特殊工艺和复杂结构则可采用3D打印技术,减少零件和工艺非必要结构,例如“人族”火箭的结构和发动机使用专门的3D打印合金制造,与传统火箭相比,部件数量减少了99%。3D打印技术还通过最大限度地减少触控点和前置时间来提高系统整体的可靠性和运营成本,例如“电子”火箭的发动机所有主要部件都是3D打印的,包括其发动机腔室、泵、主推进剂阀和喷射器等。

Terran 1 的发射提供了非常有价值的数据,为Relativity Space的模型和模拟提供信息和锚定。基于 Terran 1 的设计、分析、开发、鉴定、认证和飞行测试方法可以转移到Terran R上:

  • 设计用于数十个循环的3D打印结构和集成一体化结构

  • 高性能 3D 打印液氧/甲烷推进系统

  • 制导、导航和控制算法以及内部开发的软件

  • 结构动力学和振动声学

  • 空气动力学和空气热力学

 

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Terran R具有两个接近身体长度的气动列板、四个独特的滑动机构着陆腿和四个驱动网格鳍片,这些功能优化了第一阶段的可重复使用性,使用户能够快速扩展发射节奏,同时提供更大的轨道有效载荷和比其他可重复使用火箭成本更低的架构。

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Terran R 创新的第一阶段架构允许:

  • 高迎角再入,减少再入燃烧所需的推进剂

  • 空气动力学设计可实现更好的再入稳定性和改进的控制

  • 被动驱动的着陆腿部署系统,该系统优雅简单、重量轻且可操作性强,可快速重复使用

  • Terran R 尾部还配备了一个再入式隔热罩,可快速重复使用

20230417092002168169440280998 专为快速可重用使用而设计

从第一天起,Relativity Space的设计制造意图是可重复使用20 次的飞行器部件,通过可重复使用标准的战略发展和从飞行数据中快速学习,Terran R 的重用计划分解如下:

火箭的气动表面和边条经过独特设计,可在进入时实现大角度攻击。这减少了重复使用的有效载荷损失,减少了入口燃烧所用的推进剂。此外,独特的空气动力学特性可实现更稳定的入口轮廓,并在火箭周围控制气流分离。

根据3D科学谷的了解,Relativity
Space 的创始人Tim Ellis还有一个精湛的洞见,他认为市场上普遍对3D
打印没有真正了解的是,3D打印对制造的颠覆性实际上更像是从燃气内燃机过渡到电动,或从内部部署服务过渡到云,3D
打印是一项很酷的技术,但更重要的是,3D打印实际上是软件和数据驱动的制造和自动化技术。

20230417092002168169440216082© Relativity Space

通过软件控制的3D打印过程,Relativity Space可以制造更为复杂的发动机零件。

Terran R 第一级的发动机组成包括四台位于四个起落架下方的固定式外部发动机和九台中央万向节发动机,LOx 推进剂罐位于甲烷罐的前方,由3D打印的圆顶隔开。

两个阶段都使用低温氦气加压系统,以在发动机未启动时通过减少空隙坍塌来实现更好的压力。该车辆还配备了内部开发的气动推进器级分离系统。

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随着卫星技术的进步、对带宽的需求飙升,以及卫星星座占不断增长的市场的最大部分,到
2030 年总可寻址市场 (TAM) 每年超过 300 亿美元,Terran R
的开发是为了满足对大型星座不断增长的需求。凭借可满足各种需求的有效载荷,Terran R
支持从星座需求或单个地球同步卫星的专用有效载荷部署到多个客户的共乘配置。

作者 zhiyongz

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