1957年10月，人类发射了第一颗轨道卫星。65年后，5000多颗卫星正在服役，其中大约一半在过去两年被送入近地轨道(LEO)。大部分但不是全部的这些活动都来自企业家埃隆·马斯克，他的spacex发射的卫星互联网星座Starlink很快就会占到环绕地球的天体的至少一半。
“我们不认为这种快速增长是一种反常现象，”加利福尼亚州霍桑市航天公司Launcher Inc.的创始人兼首席执行官马克斯·豪特(Max Haot)说。“我们认为这是未来的开始。事实上，我们相信在未来10年内，将有数十万颗小型卫星进入轨道。”
抓住一程
豪特计划成为他所说的“小型卫星革命”的重要组成部分。今年晚些时候，Launcher将利用SpaceX的小型卫星拼车计划，将其轨道飞行器卫星传输工具和平台送入太空，在那里，每次任务将部署价值400公斤的立方体卫星和小型卫星，并将它们精确地放置在其所有者希望的任何轨道上。从2024年开始，该公司将开始提供自己的发射服务——轻型发射装置——一种长15.2米、直径1.1米的液体燃料火箭，将分别携带150公斤和105公斤的有效载荷进入LEO和SSO(太阳同步轨道)。
轨道飞行器是火箭三级设计的顶端，霍特解释说，有点讽刺的是，它本该是火箭开发的最后一部分。但当SpaceX在2020年初宣布将开始出售猎鹰9号火箭的有效载荷空间时，浩特和Launcher团队意识到，他们可以让自己的卫星部署系统与猎鹰9号火箭和其他发射平台兼容，并决定快速跟进项目的这一部分。
他说:“看到了为客户提供两全其美的机会，我们把轨道飞行器推上了生产线的前端。”“与此同时，我们继续在发射灯的机械结构、整流罩，以及可能最重要的发动机上进行工作，所有这些都是为2024年的首次商业飞行做准备。所以这是非常令人兴奋的一年，该组织80%的制造能力集中在建造我们的第一架轨道飞行器上，它将于今年10月飞行。”
成本更低的发射
当然，所有这一切的目标都是使卫星部署更容易、更经济。通过SpaceX的RideShare项目和Launcher的轨道飞行器(Orbiter)转移飞行器，这家初创公司很快就能以每公斤略高于8000美元的价格将有效载荷送入定制轨道。“这些拼车每三个月进行一次，但如果SpaceX的时间或轨迹不能满足客户的要求，我们还将通过我们的Launcher Light提供优质的发射服务，”豪特说。“不管怎样，这些服务的价格在航天行业都是前所未有的。”
Haot和Launcher的制造主管Tim Berry很快指出，如果没有添加制造的金属组件，这一切都是不可能的，其中最具挑战性的是在加利福尼亚州坎贝尔市Velo3D公司的蓝宝石3D打印系统上生产的。
Berry说:“Velo Sapphire具有可靠打印复杂几何图形的能力，这让我们很容易在优先级变化的情况下进行调整。”“总的来说，这是添加剂技术的一个好处，尤其是当你使用高性能打印平台时。”
他应该知道。在加入Launcher之前，Berry在SpaceX工作了近10年。在此期间，他领导了猎鹰9号的第二阶段集成团队，随后在龙号的乘员和货舱担任领导职务，然后过渡到增材制造主管。如今，他负责管理Launcher公司2.4万平方公里的门店。工厂的车间和它的机械师、焊工和技术人员团队，以及该公司的小型金属3D打印机车队，其中主要是Velo3D的蓝宝石系统。
会议的挑战
如前所述，Launcher公司最近的开发工作是从轨道飞行器(Orbiter)开始的，而不是将火箭送入太空的主级。由于没有火箭发动机就没有火箭飞行，所以Launcher公司获得了经过太空验证的涡轮泵的图纸许可，然后开始使用增材制造(AM)技术改进设计。
不幸的是，没有一家金属调幅设备供应商能够生产许多必要的组件。一个著名的例子是发动机的带冠叶轮，这是一个极其关键和复杂的因科镍合金部件，转速为30000转，必须承受超过300巴的出口压力，而且充满了难以打印的零度角表面。Berry说:“Velo3D团队接受了挑战，我们最终完成了一个超过我们所有性能目标的零件。这就是我们关系的开始。”
这种关系一直持续到今天。在投资自己的AM设备和其他金属加工机械之前，Launcher将大部分零部件分包给了Velo3D的合同制造商网络。尽管这些公司做得很好，但豪特知道，除非Launcher尽可能实现垂直整合，否则他永远无法实现快速、灵活、最重要的是具有成本竞争力的制造目标。
“作为一家现代航天和火箭公司，我们有几个重要的目标，”他说。“首先，也是最明显的一点是，轨道飞行器要提供行业内最低的成本，实现最高的推进能力。但要做到这一点，公司内部的设计和制造能力至关重要。每次你从第三方购买分离环、推进系统或支撑结构，你的成本和交货时间很容易增加十倍。所以我们不需要花一周左右的时间来设计引擎、打印和测试，而是需要花两三个月的时间与外部供应商合作。这是禁止的。”
加油了
贝里指出，油箱就是一个典型的例子。他说:“如果你想购买一款能够承受3000psi压力的空间分级储罐，你可能会听到交货时间为8个月到2年，尤其是定制储罐。”“在我们的环境中，这是不可能的，所以和我们的许多组件一样，我们采用了基于现有工具的设计方法。”
正如它所发生的那样，轨道飞行器的22升燃料箱完全匹配蓝宝石的建造体积。Launcher开始用Inconel打印零件，尽管它们表现得相当好，但Berry和团队开始寻找优化设计的方法。改用更轻的钛是显而易见的选择。
他解释道:“这便是我们从Velo3D开发出第二款机器的原因。“它可以打印完全相同的水箱，但重量更轻，压力更大。与最初的设计相比，我们已经将墙变薄了一些，但一旦我们完成了最初的几款游戏，我们可能会进一步减少墙，因为我们会继续挑战极限。”
成功的基础上
他指出，这是拥有内部打印功能的最大优势之一，因为Launcher可以持续推动更积极的设计和更高的性能，而不损失大量时间或金钱。因此，该公司正在其蓝宝石系统上3D打印一系列组件，其中包括支架和其他二级结构，燃烧室和喷油器。
Berry说:“我们不需要完全改变我们的设计来让它与Velo3D打印机一起工作。”“在大多数情况下，我们可以使用我们计划的任何几何图形。没有必要像金属AM那样做出一堆妥协。”
豪特谈到了他和贝里在购买3D打印机时从其他人那里听到的批评之一。“有些人抱怨Velo系统在材料和激光设置方面过于封闭，”他说。“对我来说，这是积极的而不是消极的。”
贝瑞表示同意。“是的，其他3D打印机可能会让你玩更多的参数，并购买未经批准的粉末，但这些活动需要时间，并为过程带来不确定性。作为终端用户，我们不想开发参数，除非我们必须，我们当然不需要材料认证的麻烦。Velo实际上是一个交钥匙系统。它允许您专注于设计迭代，并花更多的时间优化您的特定用例，所有这些都支持我们的主要任务低成本卫星部署。这就是我们选择的原因Velo3D”。
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