根据原计划，北京时间2023年3月9日02:00至05:00（下同北京时间），“人族1号”（Terran 1）运载火箭会从佛罗里达州卡纳维拉尔角太空军基地（CCSFS）LC-16工位发射升空，最终由于芯二级推进剂温度超标而将发射推迟至3月12日相同的窗口时间，稍作延后“人族1号”这型特别的火箭即将登场。

世界第1型成功入轨的液氧甲烷火箭？

“人族1号”（Terran 1）运载火箭由总部位于美国加州长滩（LONG BEACH）的相对论航天公司（Relativity Space）研制，为两级液体运载火箭。该箭芯一级、芯二级直径均为7.5英尺（约2.29米），主动力系统采用液氧甲烷推进剂。该箭芯一级长55.7英尺（约16.98米），配备9台Aeon 1发动机，单台真空推力25400磅力（约11.53吨），比冲大于310秒；芯二级长37.4英尺（约11.40米），配备1台真空Aeon（Aeon Vac）发动机，真空推力29800磅力（约13.53吨），比冲大于360秒。

【资料图】

Aeon 1与真空Aeon均采用燃气火炬点火（Gas-Gas Torch），自生增压（Autogenous），燃气发生器循环（Gas Generator）。在控制姿态方面，芯一级依靠发动机摆动（Engine Gimbal），芯二级依靠低温气体喷射加发动机摆动（Cold Gas & Engine Gimbal）。

“人族1号”长115.4英尺（约35.17米），其185千米近地轨道（LEO）运力1.25吨，500千米太阳同步轨道（SSO）运力0.9吨，1200千米SSO运力0.7吨。由于此前中国的“朱雀2号”火箭首飞失利，美国的“星舰”和“火神”火箭分别计划于4月和5月首飞，“人族1号”有机会成为世界第1型成功入轨的液氧甲烷运载火箭。

3D打印“含量”最高的火箭

不同于传统的运载火箭，“人族1号”是世界第1型3D打印火箭，其3D打印零部件总质量占结构质量的85%，是目前世界上3D打印“含量”最高的1型火箭。3D打印技术的应用为“人族1号”火箭的研制生产带来了全方位的提升，形成了生产周期短、结构简单、成本低等优势。

2个月实现从原材料到发射。相对论航天公司打造了专有的以“星门”（Stargate）3D打印机为中心的未来工厂（以下简称“星门”工厂或未来工厂），是首个实现火箭制造自动化的航空航天平台，工厂垂直整合了智能机器人、软件和专有3D打印技术（intelligent robotics, software, and data-driven 3D printing）以实现数字化制造。“星门”是世界上最大的金属3D打印机，用于“人族1号”和“人族R”火箭的生产，可在60天内实现从原材料到飞行的过程。如果换做传统火箭，采用传统工厂的火箭从原材料到飞行的过程需要至少24个月。

零件减少99%。依靠传统生产方式打造的运载火箭，其零件数量超过10万个。“星门”工厂是第1家使用数据驱动学习（data-driven learning）来全方位改进火箭制造的航空航天工厂，通过对“人族1号”的箭体结构和发动机进行3D打印，将整箭零件数量压缩至1000个以下，减少了99%以上，并显著减少了接触点和交付时间，大大简化了供应链，提高了整体系统的可靠性。

单发定制火箭仅需1200万美元。60年来，航空航天制造业一直依靠大型工厂、固定工装（fixed tooling）、复杂的供应链和大量的人工，这导致火箭制造成本高昂。通过采用3D打印技术，“星门”工厂实现了零固定工装和彻底减少零件数量（Zero fixed tooling and radical part count reduction），简化了生产过程、提高了生产效率，最终降低了火箭的生产成本。Aeon系列所有发动机使用的都是面向未来的推进剂液氧/甲烷（liquid oxygen/liquid natural gas），这是火箭推进的最佳推进剂，在兼顾性能的同时拥有很低的成本。

目前，“人族1号”火箭“专车”任务（dedicated mission）的报价是1200万美元，以其LEO任务为例，其LEO运力为1.25吨，满载状态下单位质量发射成本约9600美元，具备一定的竞争力。

人工智能打造聪明的火箭工厂

作为未来工厂，“星门”工厂采用了实时质量控制和零件检查（real-time quality control and part inspection）、智能数据驱动制造（Intelligent data-driven manufacturing）、机器学习控制算法（Machine learning control algorithms）、协同加减法实现复杂几何（Collaborative additive and subtractive process enables complex geometry）等人工智能（Artificial Intelligence，AI）应用，将“星门”3D打印机与人工智能驱动控制（AI-driven controls）相结合，不断优化生产，从而大大提高了质量和优化了时间，降低了成本，并实现了以前无法实现的产品设计。

相对论“人族1号”首飞任务代号为“Good Luck, Have Fun,”（“好运，开心”），只在整流罩中搭载了一个金属环，这是该公司生产的第1个3D打印部件。按计划，发射工作将把芯二级送入高度200千米的近地轨道，整流罩不分离，是一次不以发射卫星为目的的测试飞行。

此次测试飞行的最大目标是证明这枚火箭能够应对发射的严峻考验，其中最大挑战来自火箭升空后约80秒，火箭将面临最大动态压力（Max-Q）考验。如果顺利过关将从根本上证明使用增材制造技术（additive manufacturing tech）生产飞行产品的可行性。

对于“人族1号”火箭，相对论公司没有过高期待，顺利度过最大动压环境就完成了飞行目标，要在首飞即实现成功入轨难度非常大，毕竟是新公司用新技术打造的新火箭。如果首飞失败，相对论公司有可能就此放弃“人族1号”开发，转而全力研制被寄予厚望的“人族R”，不过这一切取决于火箭失败的原因和火箭用户的诉求，看客户是希望继续生产更多的“人族1号”来解决这型火箭上的问题，还是希望公司解决他们最感兴趣的“人族R”火箭上剩余的科学问题。

又一型甲烷火箭“人族1号”冲击入轨首飞，能否成为世界第1型成功入轨的液氧甲烷运载火箭？“好运，开心”！

作者：大白高国