相對論航天公司會不會是下一個SpaceX？

文/ 楊開 王林

盡管人族-1 火箭首飛失利，但相對論航天公司成功驗證了在大型箭體結(jié)構(gòu)上采用3D 打印技術(shù)的可行性，這種顛覆以往的制造模式，加上一子級可復用的人族-R 火箭方案和火星殖民的愿景目標，相對論航天公司作為一家極具探索精神和創(chuàng)新活力的企業(yè)，越來越受到關(guān)注。

小火箭創(chuàng)企中的佼佼者

相對論航天公司由蒂姆·埃利斯和喬丹·諾恩于2015 年聯(lián)合創(chuàng)立，分別擔任公司首席執(zhí)行官和首席技術(shù)官。兩人在大學時相識，后分別在藍源公司與太空探索技術(shù)公司（SpaceX公司）工作。工作期間，他們都發(fā)現(xiàn)了傳統(tǒng)制造業(yè)的瓶頸和3D 打印、自動化等新興技術(shù)的潛力，最終兩人決定成立相對論航天公司。與太空探索技術(shù)公司類似，相對論航天公司希望利用3D 打印運載火箭和基于3D 打印技術(shù)的火星原位制造方案，實現(xiàn)火星移民的愿景。

▲ “蟲洞”總部的概念圖

▲ LC-16 發(fā)射工位布局示意圖

相對論航天公司總部位于美國加利福尼亞州長灘，采用了帶有明顯科幻色彩的命名——“蟲洞”（TheWormhole）。該設(shè)施此前是波音公司C-17 運輸機制造廠，占地面積約100 萬平方米。相對論航天公司改建之后，設(shè)施內(nèi)包含冶金實驗室、粉末床熔融打印機、任務(wù)控制中心和數(shù)十臺“星門”打印機，都將用于支持人族-R 火箭的研制與生產(chǎn)。另外，該公司在長灘有一個成熟的代號為“入口站”（Portal）的人族-1 火箭制造廠房，在美國宇航局斯坦尼斯航天中心擁有較為完善的發(fā)動機制造和試驗設(shè)施并且正在擴大規(guī)模，在美國東西海岸都從美國軍方獲得了發(fā)射工位的使用權(quán)。上述設(shè)施能夠支持該公司開展從火箭研制到發(fā)射服務(wù)全鏈條的業(yè)務(wù)范圍。

截至2023 年初，相對論航天公司共完成8 輪融資，共有54 家企業(yè)參與投資，融資總金額為13 億美元，特別是2021 年公布人族-R 復用火箭后，通過E 輪融資得到6.5 億美元，公司估值達到42 億美元。與“火箭實驗室”“維珍軌道”“阿斯特拉”“螢火蟲航天”“ABL”等小火箭創(chuàng)企相比，盡管首飛時間更遲，但由于該公司的火箭采用全3D 打印制造技術(shù)，并提出了一子級可復用的人族-R 火箭，方案更具創(chuàng)新性，并且有瞄準火星殖民的宏大愿景，因此更受資本青睞，成為融資額最高的一家小型火箭創(chuàng)企，也是除太空探索技術(shù)公司之外，融資最多的火箭公司。

相對論航天公司能夠快速發(fā)展，和美國投資環(huán)境有很大關(guān)系，他們允許公司去冒險和創(chuàng)新。金融時報在2月份的報道中，提及美歐風險投資之間差異：美國的風險投資基數(shù)很大，而且是更傾向于“財富創(chuàng)造”（Wealth Creation），而歐洲的風險投資基數(shù)比較少，而且傾向于“財富保值”（Wealth Preservation）。因此，美國風險投資更愿意去給高風險、高回報類型的技術(shù)創(chuàng)新（例如火箭研發(fā)）進行投資。

基礎(chǔ)研制能力得到強化和提升

在美國政府鼓勵商業(yè)航天發(fā)展的大背景下，相對論航天公司借助軍方和美國宇航局的幫助，基礎(chǔ)研制能力得到了很大提升。

軍方為相對論航天公司提供了發(fā)射設(shè)施。2019 年1 月，相對論航天公司與美國空軍達成5 年的使用協(xié)議，在卡納維拉爾角改造并使用LC-16 發(fā)射工位發(fā)射人族-1 火箭，并且空軍為其提供基礎(chǔ)的發(fā)射場能力保障。2020 年，相對論航天公司又從空軍獲得美國西海岸范登堡太空軍基地B330 設(shè)施的使用權(quán)，用于未來執(zhí)行太陽同步軌道（SSO）發(fā)射任務(wù)。目前，相對論航天公司對LC-16 工位進行了改進和翻新，用于人族-1火箭的發(fā)射。

根據(jù)相對論航天公司與美國宇航局之間的航天協(xié)議法案（SAA），肯尼迪航天中心、斯坦尼斯航天中心和馬歇爾航天飛行中心都為相對論航天公司提供了技術(shù)、設(shè)施和能力方面的支持。

2016 年至2022 年間，相對論航天公司先后和斯坦尼斯航天中心簽訂多份協(xié)議，一方面該中心將協(xié)助相對論航天公司完成火箭發(fā)動機的研發(fā)設(shè)計和生產(chǎn)制造；另一方面則是將該中心的多個發(fā)動機試車臺和設(shè)施租賃給該公司，用于人族-R 火箭試驗設(shè)施以及發(fā)動機總裝廠建設(shè)，建設(shè)規(guī)劃如下圖所示。

▲ 相對論航天公司在斯坦尼斯航天中心的規(guī)劃布局示意圖

2019 年8 月，相對論航天公司與肯尼迪航天中心簽署了一份SAA 協(xié)議，肯尼迪航天中心將為相對論航天公司開展運載火箭試車、地面設(shè)備材料和組件，并協(xié)助對試驗結(jié)果進行工程分析等方面的支持。2020 年9 月，相對論航天公司與美國宇航局馬歇爾航天飛行中心簽署了SAA 協(xié)議，該中心將協(xié)助相對論航天公司開展火箭發(fā)動機設(shè)計、記錄火箭發(fā)動機研制情況、測試發(fā)動機相關(guān)組件，并收集火箭發(fā)動機關(guān)鍵技術(shù)的測試結(jié)果等。

▲ 2022 年拜登參觀相對論航天公司的3D 打印部件（左）；2015 年馬斯克陪同奧巴馬參觀卡納維拉爾角的發(fā)射設(shè)施

2022年，美國總統(tǒng)拜登在發(fā)布“增材制造前進”供應(yīng)鏈倡議前，參觀工業(yè)部門在增材制造方面的成就時，駐足觀看了相對論航天公司的3D 打印發(fā)動機燃燒室，雖然不及美國前總統(tǒng)奧巴馬在2015 年與埃隆·馬斯克一起參觀卡納維拉爾角的發(fā)射設(shè)施那么大張旗鼓，但是美國政府將新興商業(yè)航天公司作為法寶，不斷強化鼓勵的態(tài)度由此可見一斑。

延續(xù)快速迭代理念

公司創(chuàng)始人來自太空探索技術(shù)公司，因此在文化和理念上和太空探索技術(shù)公司有很多相似之處，而其中最重要的一點就是“快速迭代”的研制模式。永世-1 發(fā)動機從2017 年啟動測試，共完成了2000 余次地面試車，不斷改進和優(yōu)化設(shè)計；人族-1 火箭設(shè)計也在不斷迭代中，例如其整流罩直徑最初為3 米，而首飛構(gòu)型的整流罩直徑和箭體直徑相同，為2.3 米 ；“星門”3D 打印機已經(jīng)發(fā)展到第四代；人族-R 復用火箭的發(fā)動機將先通過人族-1 火箭應(yīng)用和驗證等。而相對論航天公司采用的3D 打印技術(shù)則恰好能夠契合火箭研制快速迭代的需求。在研制過程中，3D 打印技術(shù)能夠更快、更低成本地完成零部件或樣機的制造，允許更多輪的方案優(yōu)化和驗證，相比傳統(tǒng)制造方式有很大優(yōu)勢。

首飛任務(wù)對3D 打印技術(shù)進行初步驗證后，相對論航天公司基于上述優(yōu)勢，很可能會進一步加速人族-R的研發(fā)，快速從小型火箭轉(zhuǎn)型到主力大中型運載火箭方向上，類似于太空探索技術(shù)公司從“獵鷹1”向“獵鷹9”發(fā)展的路徑。如果能在人族-R 復用火箭上取得突破，很可能成為眾多新興商業(yè)航天公司中的重要力量。

首先，3D 打印技術(shù)在運載火箭上的應(yīng)用正在逐步拓展，有可能會顛覆原有的生產(chǎn)制造模式。3D 打印技術(shù)最突出的特點是短時間內(nèi)將數(shù)字化產(chǎn)品設(shè)計轉(zhuǎn)化為成品，大幅縮短交付周期。3D 打印技術(shù)的應(yīng)用也有望突破傳統(tǒng)技術(shù)在生產(chǎn)上的壁壘，通過使用與人工智能、機器學習、數(shù)字化技術(shù)、模擬技術(shù)相結(jié)合的3D 打印技術(shù)，滿足對復雜零件的生產(chǎn)需求，解決了從設(shè)計、材料、工藝的制造難題。但3D 打印主要應(yīng)用火箭上的小型復雜零部件，例如發(fā)動機噴注器等，以大幅減少零部件數(shù)量，而相對論航天公司則是首次將其應(yīng)用于大型箭體結(jié)構(gòu)。此次人族-1 火箭首飛初步證明了3D打印火箭整體結(jié)構(gòu)的可行性，但還需要進一步驗證，豐富應(yīng)用案例，消除潛在的各類風險。而相對論航天公司能否抓住機遇，成為下一個太空探索技術(shù)公司，很大程度上也將取決于其3D 打印技術(shù)的應(yīng)用水平和效果。

其次，從“人族-1”首飛失敗來看，近年來小型火箭的失利事件越來越多，未來發(fā)展面臨更大挑戰(zhàn)。2022年以來，全球共出現(xiàn)12 次火箭發(fā)射失利（含1 次部分成功），其中11次均為小型運載火箭，特別是小火箭創(chuàng)企的產(chǎn)品。例如今年前3 個月美國ABL 的RS-1 小火箭、“維珍軌道”的運載器一號空射火箭和相對論航天公司的“人族-1”相繼失敗。這些創(chuàng)企原本面向小型衛(wèi)星快速發(fā)展的需求而產(chǎn)生，但在面臨著“獵鷹9”拼車發(fā)射的競爭時，在價格上這些小型火箭卻并不占優(yōu)勢，且發(fā)射頻頻失利，可靠性也遠不及主力火箭。因此，這些創(chuàng)企的商業(yè)邏輯能否閉環(huán)很大程度上存疑，而眾多上市的小火箭公司股價不斷下跌，也說明小火箭發(fā)射小衛(wèi)星的模式未被市場認可。所以，越來越多的小火箭公司開始向主力大中型火箭轉(zhuǎn)型和發(fā)力，小火箭更多是充當試驗田的角色，實現(xiàn)技術(shù)和能力的初步積累。

最后，如今美國新興商業(yè)航天力量能夠快速發(fā)展，很大程度上都要歸功于政府支持和美國航天機構(gòu)數(shù)十年間在諸如“阿波羅”項目、航天飛機項目、重復使用運載器等重大工程上的持續(xù)投入和研究而積累的深厚技術(shù)底蘊，甚至包括遭遇的種種挫折，這些因素共同促成了美國足夠大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模和足夠高的技術(shù)能力水平，并非一蹴而就。

加之美國資本環(huán)境傾向于風險投資，對于失敗的容忍度較高，進一步促成了創(chuàng)新發(fā)展的環(huán)境。因此，包括歐洲在內(nèi)的其他航天國家和地區(qū)，也難以直接借鑒美國的模式，還需要根據(jù)自身特點制定切實合理的發(fā)展路線。