Rocket Lab如何用3D打印造火箭？CEO在工厂深度访谈

AM易道分享

Rocket Lab创始人Peter Beck带着访谈者Molly O'Shea逛了一遍他们公司的发动机开发中心。

Rocket Lab是目前全球发射频次仅次于SpaceX的商业火箭公司。

它的Electron小型运载火箭已经飞了九十三次，配套的Rutherford发动机在新西兰以每天一台的节奏下线，累计上过太空的数量超过九百三十台。

公司正在研制的中型可重复使用火箭Neutron，配套Archimedes发动机，产线目前每八天出一台。

除此之外，Rocket Lab还自己造卫星，从飞控计算机到反作用轮再到太阳能板都在内部完成。

对增材制造行业来说，这家公司的特殊之处在于它把金属3D打印放在了主结构件的位置上。

按创始人Peter Beck的说法，按质量计，Rocket Lab发动机的绝大部分是打印出来的，Rutherford和Archimedes两代发动机都是如此。

提问方Molly O'Shea主持科技访谈节目Sourcery，这次访谈是她的工厂走访系列之一，形式是跟着Beck在Rocket Lab发动机开发中心边走边问。

这类内容平时很难看到。

发动机车间的设备构成、单机价格、打印时长、材料体系、产线节拍，通常只出现在企业不对外的场合。

这次是CEO本人一边走一边聊这些内容，我们认为对于3D打印和航天从业者都有一定阅读价值。

以下按原始问答的AM易道翻译整理，只删去了较少无关的段落。

文中提到的数据和技术观点均为Beck在镜头前的自述。

第一部分：车间
十个人，一屋子机器

问：我们先看什么？

Beck：进去看增材制造。

这些都是3D打印机。至少按质量算，我们发动机的绝大部分是3D打印出来的。这里还有一些非常独特的工艺。

整个车间大概十个人在管，其余全靠自动化。

问：Electron早期你们就在打发动机了？

Beck：我们早期在Electron上蹚出来的一件事，就是3D打印发动机。Rutherford的大部分是3D打印的，Archimedes的大部分也是3D打印的。

什么打，什么不打

Beck：看这一件，这是Archimedes的推力室，正在做包覆。它本身是铜的，我们在外面覆一层超合金。

我们用3D打印，是因为能把一大堆结构整合进同一个设计里。

我们不傻，不会去3D打印螺栓这类东西。但我们真的很擅长设计这些非常复杂的结构，只要你在打印里能做出来，原本的多个零件基本上就能打成一个零件。

归根到底还是速度和成本。

我们的Archimedes是一台极其便宜的发动机，Rutherford也一样，便宜得有点离谱。

造得快、造得便宜、性能还得高。

材料自己开发

问：机器种类不少，材料也不少。

Beck：我们打Inconel这类超合金、铜、钛，基本上你能想到的材料都有，还包括我们自己为Archimedes专门开发的材料。

后面有一整间实验室，材料科学家在为这台发动机和它的工作环境开发新材料。

十二台激光器，一台略低于一千万美元

问：我们现在看的是什么？

Beck：这是一台激光粉末设备，里面有十二台激光器，我们把金属粉末烧结到一起做成零件。这项技术本身已经存在挺久了，但我们在这里做的零件，速度和复杂度相当疯狂。

问：这一台多贵？几百万？

Beck：不是便宜的机器。这种大机器，一台略低于一千万美元。有些机器还能更贵。

问：从粉末到一台发动机，要多久？

Beck：看零件多大。我们最长的一次打印大概三天半。

问：有没有最喜欢的一台？

Beck：它们都是我最喜欢的。你永远别挑一台出来，挑了它就成了给你添麻烦的那一台。

问：看着挺催眠的。

Beck：真的能站在那儿看几个小时，一不小心什么活都干不成了。

明年到货：一次打完整台发动机

问：机器好像越来越小，然后又越来越大。

Beck：明年会到一台非常非常大的，是我们这里最大的。它基本上能一次打出一整台Archimedes发动机，和我一样高。

问：从哪儿弄来的？

Beck：就是这几家做的，同一批人。我们是它在全世界的第一个客户。

一天一台，八天一台

Beck：你们一路走过来的这条线，是Archimedes的产线。

这条线现在每八天能出一台发动机。

这里有两块。这是Archimedes的推力室，这边这个是涡轮泵。

所有原始推进剂从这里进来。这东西大约一万五千马力，你按公制算还是按老派马力算都行。

这两样合到一起，基本上就是Archimedes发动机。

Beck：这边是另一头，这些是装在Electron尾部的Rutherford。我们每天造一台、发出去一台。

到现在，上过太空的Rutherford已经超过九百三十台。

问：在哪儿测？

Beck：我们在密西西比州的斯坦尼斯有发动机试车设施，那边有两个试车台，每天开二十个小时，一周七天，一直在点火。

新西兰那边还有一个Rutherford的试车台，因为我们每天要出一台Rutherford，得有东西撑住这个节奏。

项目会吃掉发动机

问：设计Archimedes花了多久？

Beck：团队做这台发动机大概三到四年。

最初的设计其实很快。

分级燃烧发动机的难处在于，你没法把部件拆开单独测完再拿回来组装。

第一次热试，你就必须把涡轮泵和所有东西都装成一整台去点。

所以项目一开始你必须硬件极其充裕，因为你会消耗掉大量硬件。

你是真的在吃掉发动机。

我们在测试初期做过一次热试，那台发动机贫燃了，结果把整个喷注器都吃掉了。

这事挺离奇的，事后看过去就剩一个大洞，喷注器那里什么都没剩下。

但推进剂还在汇到一起、混合、产生推力，发动机还在正常运行。

也不能说正常，但确实还在运行。

这种事非常非常难分析。

你只能去测，只能把大把时间花在试车台上。

这就是为什么我们有两个试车台，一天开二十小时，一周七天。

第二部分：发动机反过来决定打什么
两种循环，两种燃料

问：Archimedes和Rutherford最大的区别是什么？

Beck：Rutherford是电泵循环，Archimedes是分级燃烧循环。

两者的尺度也完全不同，差得非常远。

分级燃烧是复杂得多的循环，发动机也大得多，燃料也不一样。

但话说回来，做法的那套底层逻辑没变。

喷注器怎么做，怎么把多个零件合成一台发动机，这些都还是老样子。

问：Archimedes用甲烷？

Beck：甲烷加氧。

问：Rutherford用煤油。

为什么两边不一样？

Beck：煤油的麻烦在于，它会在发动机的再生冷却通道里留下积碳。你得把发动机吹一遍，比较脏。

而这枚火箭的设计要求是二十四小时周转。

这个要求本身挺离谱的，但它逼出了一大堆非常好的决定，甲烷是其中之一。

因为甲烷发动机跑完之后，里面还是亮的不锈钢，一点残留都没有。换成煤油发动机，到处都是黑糊糊的东西，一点都不好玩。

整枚火箭的每一个决定，都是围绕可重复使用和快速周转来定的。

问：你最喜欢哪个部分？

Beck：任何一个做发动机的人最喜欢的都是喷注器，因为魔法在那里发生，黑魔法在那里发生。

其余部分都是为了把混合过程关在一起、把它变成推力。

喷注器和涡轮泵，这两块最有意思。

一台无聊的发动机

问：你们的发动机和市面上其他发动机最大的不同在哪？

Beck：我们的发动机非常明确是为Neutron设计的，而Neutron骨子里是一枚可重复使用的火箭。

这意味着我们的发动机设计思路和一次性发动机不一样。

一次性发动机，一级上跑个一百九十秒就行，之后再也不用跑第二次。

可重复使用的火箭，尤其按我们这种玩法，我们希望它一直跑、一直跑。

所以Archimedes的鉴定燃烧时间是一小时，要完成四十次起动、累计跑满一小时。

而Electron上的Rutherford是一次性发动机，它的验收测试大概五分钟。

问：五分钟？

Beck：因为它一辈子只需要工作一百九十秒。五分钟基本够了。

问：最大的挑战是什么？

Beck：可重复使用本身就是挑战。

如果我们的活儿只是做一枚一次性运载火箭，我们现在就已经做到了，Neutron早就在放开了打。

但我们要在现有技术水平上做出一个台阶，不能拿一枚跟市面上一样好的火箭进场，必须拿出好得多的。

再看Archimedes这台发动机本身。

这台发动机的目标，就是做出一台尽可能无聊的发动机。

你坐飞机往窗外看机翼上的发动机，你不会去惊叹它多了不起、它多么先进。

你只想知道那台发动机很无聊，它不会炸。

这就把你推进了另一种设计空间，而这本身又会带来新问题。

对一台分级燃烧发动机来说，它的室压相对低，内部温度也就低。

你会觉得这对寿命是好事，确实是好事，但它同时让点火难多了，就因为温度低太多。

你做出来的东西最终是好的，但为了把它做好，你在路上会给自己造出一大堆问题。

问：会去看SpaceX的Merlin、Raptor这些吗？

Beck：每个人都在看别人的东西。

说我们不看别人的发动机、不看别人的失败和成功，那是假话，我们确实在学。

但你提到的那几台是高性能发动机，（能力）被拉得很紧。

而这台，我会说它是第一台反过来设计的发动机，它就是要尽可能地平庸温和，好让它一直跑、一直跑，你永远不用去想它。

所以那些产品上的很多经验，在这里用不太上，因为我们有自己一整套独特的问题。

九十三次飞行，全部自己造

问：给没见过的人介绍一下这枚火箭？

Beck：这是Electron，是我们目前飞得最多的火箭。

它已经飞了九十三次，是全世界发射频次第二高的火箭，仅次于猎鹰九号。

前面那一段是整流罩，载荷装在里面。后面那一小段是kick stage，也就是第二级。

再往下这一大段是一级。

按Rocket Lab一贯的做法，全部是碳纤维复合材料，整枚箭非常轻，我们很擅长做这种超轻结构。

这是发热的那一头，所有发动机都在这个尾端，就是Rutherford，每一台都带自己的万向节。

这枚火箭上的每一件硬件、每一行软件，储箱、发动机，你说得出来的，我们全都自己造。

我觉得这就是公司最关键的成功因素之一，就是这种垂直整合。

问：卫星那边呢？

Beck：一样的做法。

你拆开一颗我们造的卫星，飞控计算机是我们的，反作用轮是我们的，太阳能板也是我们的。

同一套哲学。

问：Electron上装几台发动机？十台？

Beck：十台。

问：Neutron的Archimedes也是十台？

Beck：是。上面级发动机产生的推力，要跟上面级的加速度需求匹配好。

而这个推力值，恰好也是着陆一枚火箭所需要的理想推力。

最后那一下终端着陆你至少得有一台发动机能干，所以上面放一台、下面放九台就很合理。

这纯粹是物理算出来的结果，就是这么凑巧。

第三部分：这座车间是怎么来的
一千六百万美元，一栋楼，一亿美元资产

问：你们还会在这里继续买楼吗？

Beck：我讨厌买地产。这是我的心病。

我们已经买得够多了，而且它就是成本。

带你们去的EDC，大概算得上我这辈子最好的交易之一。

那是维珍轨道原来的场地，楼里的资产超过一亿美元，我们把整栋连同里面的东西一起买下来，一千六百万。

问：什么？

Beck：Richard Branson（维珍的老板）对航天工业的一份了不起的贡献。

问：接手的过程是怎么走的？

Beck：非常非常快。他们在破产程序里，我们看到消息出来，一群人挤进这样的高尔夫球车，有人挂在车尾，一路冲过去，把这事办成了。

问：里面所有设备都归你们了？

Beck：都归了，所有机器，基本上是全部。我们再也不用为造发动机的厂房操心了，这件事彻底解决。

破产名单

问：你是不是留着一份清单，记着哪些航天公司可能破产、你想买它们哪些设施？

Beck：留着。

问：谁在最上面？

Beck：不，不不。说出来会给我惹麻烦。

问：后面还会有？

Beck：会有，会有一批。好笑的地方在于，航天公司真的很难杀死。

按理早该死掉的航天公司，数量相当惊人，而且不是那种半死不活的僵尸公司。

这跟别的行业不一样，别的行业里你要死就死了，航天公司往往能拖很久。

问：他们怎么能一直拿到钱？

Beck：人们就是太爱太空了。

太空这件事的好处是，一个人可以站出来非常前瞻、非常有感染力地讲，所有人都跟着兴奋。

但坏处也正是同一件事：它很难懂。

所以一个人可以站出来抛出那些说法，而你几乎无法核实，除非你钻进火箭方程往下挖五层。

问：投资人真的擅长这个吗？

Beck：不太行。

你会看到一家客观上就是很糟糕的公司，却一轮接一轮拿到钱，新投资人一个接一个来。

而且有时候，那些你以为最擅长这件事的大机构，反而是最差的。

第一封电子邮件

问：给我一个你现在最刺激的观点。

Beck：我干这行二十年了。

刚开始的时候，大家说的是有一天太空会民主化，不再是ZF在发射火箭，而是商业公司在干。这一步我们早就走过去了。

我的观点是，太空里最大的那件事（没有具体说是什么事），到今天甚至还没有人想到过，更别说被讨论过。

所以我认为我们还处在整件事非常非常早的开头。

要打个比方的话，就像互联网刚开始的时候，我们才刚发出第一封电子邮件。