建造火箭的最佳方式是什么？
如果你是太空发射服务初创公司 Relativity Space 的首席执行官蒂姆·埃利斯，答案显而易见：你把它打印出来。
埃利斯于 2015 年与乔丹·努恩悄然成立了 Relativity Space，此前两人都曾在亚马逊亿万富翁首席执行官杰夫·贝索斯创立的火箭公司蓝色起源工作。（努恩后来也曾在埃隆·马斯克的 SpaceX 工作。）蓝色起源和 SpaceX 都利用 3D 打印（又称增材制造）来制造其运载火箭的一些零部件和工具，但目前仍然依赖更传统的技术来制造火箭的大部分零部件。鉴于 3D 打印的部件比传统制造的部件更轻、更坚固且更简单，埃利斯和努恩看到了机会并抓住了它。他们决定使用该工艺来制造他们希望能够更便宜、更好的火箭，以提供通往轨道的低价通道，并设计定制的打印头和软件来实现他们的颠覆性梦想。
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经过一段时间的低调发展，他们筹集了超过 4000 万美元的风险投资，并在洛杉矶创建了一个 20,000 平方英尺的工厂，Relativity Space 现在正在打印和测试越来越大的火箭部件。该公司专有的火箭发动机只有两个部件，而如果通过标准行业技术制造，则会有 2600 个部件。就在上个月，该公司与 NASA 斯坦尼斯航天中心签署了一项价值 3000 万美元的 20 年协议，以独家使用 25 英亩的火箭测试综合设施。原则上，该基地的四个测试台可以使 Relativity Space 能够测试足够的发动机，从而每年建造 36 枚火箭——而且该合作伙伴关系还允许该公司在斯坦尼斯基地将其占地面积扩大 10 倍。随着其他公司制定雄心勃勃的计划，用数以万计的新卫星填充近地轨道，以用于电信、地球观测等，这种增长可能需要更快地实现。
Relativity Space 尚未建造（更不用说飞行）一枚完全 3D 打印的火箭，但埃利斯相信该公司最早将于 2020 年发射第一枚火箭，随后不久将进行商业货运飞行。他说，如果一切顺利，这将只是该公司实现人类多行星化的最终目标的第一步，即通过在未来火星定居点打印和发射火箭。
《大众科学》采访了埃利斯，了解他对 Relativity Space 的计划、近地轨道中型卫星的新兴市场以及该公司在火星制造方面的长期愿景。
[以下是采访的编辑记录。]
Relativity 与其他火箭公司有何不同？
从本质上讲，Relativity 正在创建一种全新的、从根本上更好的火箭制造和飞行过程。我们正努力通过 3D 打印尽可能多的火箭部件来实现火箭设计和生产过程的尽可能自动化。我们认为 3D 打印是所有火箭生产和航空航天制造的未来，因为它大大减少了这些非常复杂产品的劳动力和零件数量。我们正在开发一个平台，该平台结合了软件、机器学习、冶金学和世界上最大的金属 3D 打印机，我们称之为 Stargate。得益于我们专有的打印头、软件和金属沉积工艺，Stargate 可以制造直径约 10 英尺、高 20 英尺的部件，并且其速度比其他更传统的 3D 打印机快 20 到 30 倍。目前，它的尺寸适合我们洛杉矶总部所在的建筑物，但它被设计为随着时间的推移，在硬件和软件方面都能增长，以便更快地打印更大的东西。
你们现在打印的速度有多快？
我们正逐渐达到可以在 30 天内从头开始制造火箭结构（一架近 100 英尺高、7 英尺宽的火箭的所有部件）的程度。一旦零件打印完毕，目标是在另外 30 天内组装、测试、集成和飞行火箭。因此，我们正在走向在 60 天内从原材料到飞行制造整枚火箭的目标。我们正在使用 Stargate 来制造我们自己的运载火箭 Terran 1，以及一种名为 Aeon 1 的火箭发动机。这些将是我们发射服务的基础，该服务最初将向近地轨道运送重达 1250 公斤的卫星。我们计划在年底前宣布我们的发射场，我们预计我们的首次全尺寸、全性能试飞将在 2020 年末进行，商业服务将于 2021 年初开始。
发射成本是多少？
我们火箭的发射费用为 1000 万美元。这使其与更大的火箭（例如俄罗斯的联盟号、欧洲的织女星号和印度的极地卫星运载火箭）相比，具有很高的成本竞争力。这些是我们在短期内看到自己与之竞争的对手。其他一些初创公司正在提供较小的发射器（例如 Rocket Labs 的 Electron 火箭），它可以发射约 150 公斤的有效载荷，但是当我们一次发射多个有效载荷时，我们的火箭在单个卫星的基础上可能会便宜两到三倍。
看来你需要发射很多卫星才能使经济效益可行。而且大多数卫星都比 1250 公斤重得多，或者轻得多，例如立方体卫星和其他微型卫星，对吗？这方面的需求在哪里？
总的来说，我们看到对更大的卫星的需求多于对更小的卫星的需求，只要你能以低廉的价格建造和发射它们。而且我们看到随着竞争的加剧，卫星变得越来越大。更大的光学器件、更大的传感器和更大的太阳能电池阵列提供了明显更好的性能。但我们也看到越来越多的低地球轨道卫星“星座”用于电信或地球成像，每个星座由数十个、数百个甚至数千个中型航天器组成。这是航天工业的一大变化，即从地球同步轨道上非常大的卫星（几乎高 36,000 公里）转变为高度低于 1,000 公里的中型卫星星座。
是什么驱动了这种需求，Relativity 打算如何满足这种需求？
减少通信延迟的推动是其中很大一部分——将你的延迟从数百毫秒减少到数十毫秒，使得许多应用在与地面选项的竞争中变得具有优势，这是以前不可能的。对于低地球轨道，你需要大量卫星在多个轨道平面上运行才能获得频繁、完整的覆盖——你真的必须覆盖全球，以便可以收集和传输大量数据。例如，SpaceX 计划使用其猎鹰火箭来创建 Starlink，这是一个由数千颗卫星组成的星座，用于提供高速全球宽带，但并非只有一家公司有这样的计划。与 SpaceX 竞争的星座可能不想乘坐猎鹰号。因此，我们正在追求两项服务——在旧卫星发生故障时，能够用新的中型卫星补给星座，以及能够在单次发射中部署整个轨道平面，其中包含较小的 50 到 100 公斤的卫星。我们能够以非常低的成本做到这两点，而且实际上已经从商业实体和政府那里获得了超过 10 亿美元的订单承诺。由于星座市场竞争非常激烈，我们还不能过多谈论这些内容，因为有保密协议。但随着事情的进展，我们将宣布我们的合作伙伴。
显然，你们是长远打算。你在 NASA 斯坦尼斯航天中心的 20 年租约是否意味着你们已经在为 2030 年代后期做计划了？
嗯，该协议的技术结构是一个 10 年的协议，外加一个 10 年的选择权，是否继续取决于我们。因此，实际上最终是 20 年，因为我们很乐意留下来并继续扩张！我们的设计和制造过程的重点是它可以很容易地扩大或缩小规模。因此，我们将利用这个基地来不断开发最有效、最好的运载火箭，以适应市场的变化，前提是通过机器人技术和软件自动化来简化该过程是未来所期望的。最终，我们希望利用我们的方法来支持人类在火星上的长期存在。
为什么选择火星？你认为 Relativity 在那里扮演什么角色？
所以，这是我们成立这家公司的原因。埃隆·马斯克和 SpaceX 说，“嘿，我们想去火星建立一个全新的社会。” 在 NASA 的帮助下，他们多年来取得了惊人的成果和进展。但我认为没有其他公司站出来表达或支持相同的目标。我们相信我们需要数十家（如果不是数百家）公司受到启发并为这项长期任务做出贡献。目前，大多数活动似乎都集中在如何将人们送上火星上，但需要有人专注于如何利用非常少的劳动力在另一个星球上建立一个完整的永久社会。这正是 Relativity 将要关注的：如何在低劳动力的前提下，快速地使某事具有可持续性和可扩展性。想想你可以在火星上建立什么样的工厂。你希望它轻巧、占地面积小，并且足够灵活，可以在适应不熟悉的环境的同时制造各种各样的产品。我刚才描述的是一台 3D 打印机，这正是我们想要制造的。我们在地球工厂自动化和制造火箭和发动机所做的一切，我们都将其视为朝向如何在火星上实现这一目标的垫脚石。最终，我们将希望在那里制造火箭并将东西运送回去。火星上的社会要实现自给自足，一部分需要生产和出口商品。当这种情况发生时，这将是人类历史上的一个关键转折点。当然，在此之前，你可以制造其他工业产品来帮助在另一个星球上建立整个社会。追求这一点还有一个好处，那就是在地球上也创造了一项非常棒的业务。