2016年，馬斯克在第一次介紹火星計劃的演講中提到，將人類送去探索其他星球的最大障礙，不是科技，而是成本。當時，他預計利用現有技術打造一台火星飛行器需要100億美元（約新台幣3,058億元），而SpaceX的使命是將單人單程票價控制在20萬美元（約新台幣612萬元）。
既能節省進入太空的成本，又安全可靠的技術就成了必需，而3D打印，正是其中一種省錢的方法。
2015年，兩位分別來自SpaceX和藍色起源的前員工創辦了Relativity Space。他們認為，這兩家在太空領域最前沿的公司都沒有充分利用3D打印技術。其中，SpaceX利用這項技術製造了獵鷹9號的主要氧化劑閥門和龍飛船2號的Super Draco引擎。Relativity試圖用3D打印技術製造完整火箭，壓縮製造成本，吸引更多對中小型發射有需求的營運商。
就在上個月，Relativity宣布和Momentus合作，Momentus同樣也是一家擅長省錢的太空創業公司，他們使用水作為火箭的推進系統，然後打造出運載能力越來越強的「太空拖船」，為客戶提供太空船變軌服務。合作方面，Relativity負責發射Momentus的衛星，然後後者再利用「太空拖船」將自家衛星變軌到地球同步軌道（geosynchronous orbit）。這兩家公司的合作備受資本和媒體的關注，它們也正在緩緩展開一幅美好圖景——人類離探索太空，乃至殖民太空又近了一步。
60天，列印一支火箭
在宣布和Momentus簽約之前，Relativity已經和NASA以及美國空軍達成合作，並於今年4月拿下首個商業訂單，和衛星通信公司Telesat達成協議。Telesat將部署多達數百顆衛星的低地軌道（LEO）星座，讓Relativity承擔部分發射任務。Telesat此前已經和SpaceX、藍色起源等簽訂了合同，所以選擇Relativity這樣一家創業公司，也能說明後者俱備一定實力。
Relativity設計了一台近兩層樓高的3D金屬打印機Stargate，它是目前世界上最大的用以製造火箭的打印機。據介紹，這台機器能在60天之內將原材料變成能上天的運載工具，這也是他們將它取名為「星際之門」的原因。
這個打印系統裝有多個打印頭，每個臂都裝有激光器，它還配備質量控制系統，包括雲模擬、先進成像和檢測傳感器等，並採用智慧學習技術。這些設計讓系統在打印完畢後能進行自動化組裝。公司正在用Stargate打印Aeon1火箭引擎，還表示20天就能製造這樣一台引擎，相比通常有數千個零件的發動機，Aeon1只有100個零件。Relativity還將打印運載火箭Terran1，如果順利，這將是目前世界上第一台完全由3D打印出來的火箭，它的零件比傳統火箭少100倍。另外，相比傳統製造所需的12到18個月，Relativity可以將製造火箭的周期控制在60天。
Aeon1真空推力約8.8噸，是Rocket Lab的小型火箭發動機Rutherford推力的4倍，不到SpaceX獵鷹9號的Merlin1D發動機推力的十分之一。可以看出，Relativity服務的是Rocket Lab和SpaceX所覆蓋不到的市場。
至於成本，創辦人埃利斯（Tim Ellis）表示，以將1,250千克載荷送入低地軌道為例，Relativity收取1,000萬美元（約新台幣3.06億元），這只有競爭對手的三分之一。3D打印技術除了能讓發射成本降低，也能滿足客戶更靈活的定制需求，比如客戶可以根據不同的載荷調整整流罩的尺寸等。
正因為Relativity技術的快速推進，它在當地時間10月1日對外宣布完成1.4億美元（約新台幣43億元）C輪融資。埃利斯表示，在這筆融資完成後，公司已經獲得了足夠的資金以完成Terran1的研製和最終的發射工作。但同時，Terran1首飛已經從2020年底推遲到了2021年初，部分原因在於公司將2米寬的整流罩增加了3公尺，荷載容量也因此增加了一倍。
太空便車
衛星行業在過去幾年發展迅速。據分析機構BryceSpace & Technology，行業在2017年獲得了近2,700億美元（約新台幣8.3兆元）的收入，而且趨勢向好。另外，據Global Market Insights的數據，到2024年，商業衛星發射服務的市場份額將達到70億美元（約新台幣2,140元）。2018至2024年，LEO在這個市場的複合年均成長率或將達到3%，因為相比於離地更遠軌道的部署，LEO衛星的初始發射成本更低，部署時間更短，也能一次發射多星。
因此，除了大型運載火箭，想要在LEO上部署衛星的營運商需要更低成本的選擇。和Relativity合作的Momentus則提供了另一種方法。具體來說，為了節省發射成本，客戶一般會讓小衛星隨大衛星一同發射，但它們並不一定能一次性部署在特定的軌道上，衛星變軌很複雜，費用高昂，而且往往辦不到。針對這種情況，Momentus想在太空中解決太空船「最後一英里」的需求。客戶可以用火箭將衛星等太空船先集中送到一個地點後，再用Momentus的「太空拖船」將太空船搬運到最終進入的軌道。
官方表示，這種「搭便車」最多可以讓整個部署便宜10倍。創辦人Mikhail Kokorich說，「希望從地球到LEO，以及從LEO到月球軌道的100-200公斤載荷的報價低於1,000萬美元」。
而這一趟趟便車的技術基礎，來源於Momentus自研的水等離子推進（water plasma propulsion）系統。這種發動機的工作原理是利用太陽能將水用微波加熱到太陽表面的溫度，並將過熱的氣體透過噴嘴噴出來，從而產生推力。Momentus上個月底在太空成功測試水等離子推進器。這項16個立方體衛星組成測試，首次證明利用微波電熱等離子技術，能夠實現較高比衝的推進，比目前人造衛星採用的離子推進器（氙、氪）造價低。
公司預計在今年推出Vigoride服務，最大運載為250公斤。公司還表示，將一組20多顆重達20磅的衛星分散到不同的軌道上，收取的費用大約為120萬美元（約新台幣3,670萬元）。之後還將推出運載能力更強大的「便車」。
小成本做大生意
就像馬斯克所說的，既然技術並不是人類探索太空的最大製約因素，那麼面對成本這個更大的難題，科技公司或許更應該切換思路，讓技術服務於成本控制，也從「省錢」上刺激技術的更新。
據Crunchbase數據，成立4年的Relativity總共融資1.857億美元（約新台幣5.7兆元）。而成立還沒到2年的Momentus目前已融得3,380萬美元（約新台幣10億元）的資金。前者在完成最新一輪融資時透露，公司最近已經成功打印並組裝出了完整的二級火箭，也進行了超過200次發動機熱實驗。後者也於近期證明水等離子技術的可行性和推進實力。「Momentus的推進技術正在從根本上重塑太空經濟格局。」Prime Movers實驗室創辦人Dakin Sloss這樣評價。
這些積極進展都讓這兩家公司的願景越發明晰。Relativity的聯合創辦人JordanNoone告訴美國合眾國際社，「公司創立時，我們就想在火星上列印火箭。我們希望在3D打印機可以發現那裡的金屬和任何可用材料。」埃利斯說在未來，Relativity會把打印火箭的「工廠」縮小到可能塞進火箭裡的程度，然後帶到其他星球。
Momentus在官網上展示了從2019-2022中每年要發布的運輸服務，單從運載能力來看，從250公斤，到300公斤，到4,000公斤，再到入軌地球靜止軌道（GEO）能達10,000公斤的水平。水等離子推進也將用在2022的「太空拖船」上。在未來，公司的運輸服務將觸及到從小心星到地月之間空間的運水、小行星採礦基礎設施部署和月球和火星再補給等業務。
但眼下，它們面前就有一塊誘人蛋糕。據TheVerge報導，目前地球軌道上有近2,000顆正在運行的衛星，但SpaceX、OneWeb等衛星網路項目可能會使這一數字增加4倍。它們將為環境監測和網路連接提供支援，同時，也能給致力於降低衛星進入太空成本的創業公司帶來商機。
責任編輯：江可萱、蕭閔云
本文授權轉載自：極客公園
