الطباعة ثلاثية الأبعاد
هل تعيد Relativity Space تشكيل صناعة الفضاء؟
خلال السنوات الـ 62 الماضية، قامت الصناعة الفضائية الأمريكية بالهندسة والتنمية في الفضاء الخارجي بسرعة أكبر مما يمكن للبشر أن يتخيلوه، من الوصول إلى القمر الخاص بنا إلى الأنظمة الشمسية البعيدة وخارجها. ولكن ماذا لو قلت لكم أن هذه الصناعة على وشك أن تختبر تحولاً جوهرياً في التكنولوجيا. الشركات مثل Relativity Space وSpaceX تقود واحدة من أكبر التحولات في التكنولوجيا والتصنيع التي قد تشهدها الصناعة على الإطلاق. في هذه المقالة، سنستكشف التكنولوجيات والابتكارات التي تستخدمها Relativity Space لتحقيق هذا الهدف.
من هو تيم إليس؟
للفهم الأفضل لتيم إليس، يجب أن ننظر إلى الماضي. عندما كان شاباً، أدرك إليس قدرته على التركيز المتعدد من خلال إعجابه بالليغو، لدرجة أن إليس لا يزال لديه إبهام منحني دائماً على يده اليمنى بسبب الوقت والجهد الكبيرين الذي قاما به في بناء اللего.
بدء إليس في جامعة جنوب كاليفورنيا، حيث كان يخطط للتخرج ككاتب سيناريو ودراسة كجزء من برنامج الخيار الموضوعي لجامعة جنوب كاليفورنيا. ومع ذلك، خلال Orientation الطالب الجديد، قام بتغيير تخصصه إلى هندسة الفضاء. إليس وزميله المؤسس والمدير التقني لشركة Relativity، جوردان نون، شغلا مناصب قيادية في مختبر الدفع الصاروخي بجامعة جنوب كاليفورنيا. خلال فترة وجودهم في مختبر الدفع الصاروخي، ساعد إليس ونون في إطلاق أول صاروخ صممه وصنعه الطلاب إلى الفضاء. أثناء حضوره جامعة جنوب كاليفورنيا، كان لديه 3 تدريبات مع Blue Origin وحصل على بكالوريوس العلوم وماجستير العلوم.
بعد التخرج، واصل إليس العمل بدوام كامل مع Blue Origin لمدة 5 سنوات، مع التركيز الكبير على التكنولوجيا المطبوعة ثلاثي الأبعاد. في وقت لاحق، شغل منصب مهندس تطوير الدفع في محركات الدفع الخاصة بقمر الطاقم. وسيكون له الفضل في جلب الطباعة ثلاثية الأبعاد إلى Blue Origin.
الأصول
في حين قاما إليس ونون بإنشاء تكنولوجيا التصنيع الإضافي المصممة خصيصاً لمساعدة دفع الصواريخ، أدركا جاذبية تأثير هذه التكنولوجيا على صناعة الفضاء وقررا المضي قدماً في نهج أكثر طموحاً لتصنيع الصواريخ.
سوف يطلق إليس ونون شركة Relativity Space Industries في عام 2015. في البداية، سعوا إلى جمع 500000 دولار كأموال بذرة، ولكن بدون أي خبرة حقيقية في جمع الأموال لشركة بدء تشغيل، قرر إليس أن يرسل بريداً إلكترونياً إلى مارك كيوبان، وبدا أن البريد الإلكتروني سيكون مقنعاً بما فيه الكفاية لإقناع مارك بالاستثمار في المبلغ الكامل البالغ 500000 دولار. خلال أسبوع من الفكرة المكتوبة على ورقة من مقهى ستاربكس إلى تأمين التمويل. سوف يبدأ إليس ونون الرحلة الوحشية التي ستصبح فيما بعد قصة نجاح فريدة من نوعها.
إليس ونون، الذين كانوا يعتزمان معاً لمواكبة معدل النمو، سوف يعترفان فيما بعد أن التمويل من مارك جاء بسرعة كبيرة لدرجة أنهم لم يكن لديهم حتى مكان لإيداع الأموال. مع توافر الأموال وطموح لتحقيق أي مهمة معينة، بدأوا المهمة الهائلة لإنشاء صواريخ مطبوعة ثلاثية الأبعاد بالكامل. حتى الآن، قامت Relativity Space بجمع 2.3 مليار دولار خلال 4 جولات.
التصنيع الإضافي
واجهت Relativity Space الآن مهمة هائلة لإنشاء صواريخ مطبوعة ثلاثية الأبعاد بالكامل لتحسين إنتاج سفن الفضاء، وتقليل التكلفة، وزيادة بساطة التصميم. أدرك إليس أن الطابعات ثلاثية الأبعاد كانت الإجابة على هذا بسبب قدرتهم على تبسيط وإنشاء أشياء بشكل أسرع وأرخص من أساليب الأدوات السابقة، وعلاوة على ذلك، كانت هذه التكنولوجيا الجديدة أكثر صديقة للبيئة وطاقة.
تم تقليل وقت الاختبار في بعض الحالات بنسبة 10 مرات. على سبيل المثال، كانت الأجيال السابقة من الصواريخ تتطلب ما يصل إلى 10 سنوات للانتقال من النظرية إلى منتج قابل للتطبيق، ويمكن لشركة Relativity Space إنتاج نماذج أولية في أقل من 60 يوماً. ولكن لم يكن الأمر بسيطاً مثل شراء طابعة معدنية ثلاثية الأبعاد وبدء الإنتاج، حيث كان على Relativity Space تصنيع طابعاتها ثلاثية الأبعاد الخاصة وتصميم سبائكها الخاصة في المنزل من قبل فريقهم الخاص من أخصائيي المعادن. هذه الإنجازات هائلة بحد ذاتها، ناهيك عن التعقيدات المتبقية عند تصميم الصواريخ.
stood لتحقيق تقريباً جميع مشاكل صناعة الفضاء الحالية المتعلقة بالخطوط الإنتاجية، حيث يلغي الحاجة إلى أدوات خاصة، ويزيد من سرعة انتقال الفكرة إلى منتج قابل للتطبيق، ويمكّن Relativity Space من اختبار وإنتاج عدد أكبر من التكرارات في فترة زمنية أقصر من أي شركة مصنعة للصواريخ أخرى. عندما نتحدث عن صناعة تتعامل مع ملايين، وأحياناً حتى مليارات، من البضائع القيمة، فإن هذه التكنولوجيا تحتاج إلى أن تكون محكمة ومدروسة وجديدة. على الرغم من هذه العوائق، تلقت الشركة أكبر عدد من الطلبات المسبقة لأي شركة فضائية في القطاع الخاص في تاريخ الولايات المتحدة، مما يؤكد فكرة الطباعة ثلاثية الأبعاد ويثبت أن المستثمرين مستعدون للتطورات التكنولوجية في صناعة الفضاء التي تصورها إليس ونون.
Relativity Space 4g printer.
حجم صناعة الفضاء
المنطقة التي كانت تمثل مشكلة مع سفر الفضاء هي التكلفة، هذا العتبة العالية منعت الدول الأقل نمواً من إطلاق برامج فضائية. وافترض أن سفر الفضاء لن يكون قابلاً للتطبيق في القطاع الخاص حتى ثبت عكس ذلك من قبل SpaceX وBlue Origin. Relativity Space هي شركة جديدة تسبب اضطراباً في هذه الصناعة لتلبية احتياجات الدول في جميع أنحاء العالم. مع زيادة الطلب على الأقمار الصناعية وإطلاق الصواريخ، يزداد الطلب على سفر الفضاء بشكل كبير. تبلغ قيمة صناعة الفضاء حالياً 350 مليار دولار، ووفقاً لمorgan Stanley، من المتوقع أن تصل إلى 1.1 تريليون دولار بحلول عام 2040.
يتمثل ما يقرب من 50٪ من صناعة الفضاء في إطلاق الأقمار الصناعية، واعترافاً بذلك، اتجه القطاع الخاص بطريقة أكثر فائدة لتوزيع الأقمار في المدار الواطئ. هذا مفيد بطريقة أكثر من واحدة، هناك حاجة متزايدة إلى البضائع في الفضاء، ونحن بحاجة إلى حلول أفضل لتوزيع كميات كبيرة على مسافات طويلة إلى كواكب أجنبية. إذا كنا سنقوم بتهيئة كوكب مثل المريخ، سنحتاج إلى القدرة على التصنيع والإنشاء على الكوكب، لا يمكننا توقع شحن البضائع حسب الحاجة إلى كوكب بعيد بعدة أشهر.
Relativity Space، مع Terran 1 وTerran R، تركز بشكل كبير على احتياجات توزيع البضائع. سيكون لTerran 1 (85٪ مطبوعة ثلاثية الأبعاد) حمولة تبلغ 2700 رطل، وستكون مخصصة بشكل كبير لتكنولوجيا جمع المعلومات على متنها أثناء اختبارها وتهيئتها لإطلاق Terran R في عام 2024، و من المتوقع أن يكون لTerran R (95٪ مطبوعة ثلاثية الأبعاد) حمولة تبلغ 44000 رطل. Terran 1 أكثر ملاءمة للمهام في المدار الواطئ، مع Terran R التي تهدف إلى الطيران إلى المريخ في عام 2024.
Relativity Space
Relativity Space نمت لتصبح شركة تتمتع بقيمة تبلغ 4.2 مليار دولار، وتأمين أكثر من 1.3 مليون قدم مربع من مساحة التصنيع في فترة زمنية قصيرة بشكل ملحوظ. تم منح الشركة عدة براءات اختراع حول تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد وبعض سبائكها. يمكن للشركة القيام بذلك جزئياً بسبب التصنيع الكامل في المنزل، حيث تعتمد مصنعو الصواريخ الآخرون على سلاسل التوريد والمنتجين الخارجيين. تقوم Relativity Space بذلك كلها بنفسها في واحدة من مصانعها الأربعة المنتشرة في جميع أنحاء الولايات المتحدة. ليس فقط تمكنت من جلب جميع التكنولوجيا اللازمة إلى المنزل، ولكنها também تمكنت من أن تصبح رابع شركة في تاريخ كيب كانافيرال تتمتع بموقع إطلاق صاروخ مخصص، كما أنها تملك قاعدة في قاعدة فاندنبرغ الجوية.
سمحت تكنولوجيا Relativity Space المملوكة لها بتصنيع طابعات ثلاثية الأبعاد جديدة باستخدام قوس البلازما وترسيب الليزر مع سبائك الألومنيوم بسرعة 10 بوصات في الثانية من سلك اللحام المصمم بالكامل في المنزل. هذا مكنهم من ضبط المنتج النهائي بشكل أفضل لتناسب احتياجاتهم الخاصة بسرعات لم تسبق لها مثيل. Machine learning optimizes تصميم أكثر سلاسة، وفي العديد من الحالات، إنتاج أجزاء التي من شبه المستحيل تصنيعها.
كان على إليس وفريقه حل تحديات تقنية غير متوقعة مثل انحناء المعادن. في هذه الحالة، أدرك الفريق أن أفضل نهج هو التعرف على المواصفات الدقيقة للانحناء الخاصة بكل سبيكة واستخدام خوارزميات التعلم الآلي لتعديل برامجهم بشكل أفضل لتناسب السبيكة المحددة المستخدمة في العملية. هذا مكنهم من حساب وضبط الانحناء الجزء في القياسات عند إنشائه. يصرح إليس بأن هذا الخوارزمية أدت إلى تحمل ضمن 2 ألف جزء من البوصة. هذا مثال آخر على كيف يمكن للتعلم الآلي أن يستفيد من التصنيع.
تبسيط الصواريخ يصعد إلى قائمة الأولويات
في الأجيال السابقة من استكشاف الصواريخ، كانت التكرار ضرورية لكل قرار اتخذه ناسا. في حالة فشل محتملة، كل جزء يتطلب على الأقل جزء احتياطي واحد. يمكن رؤية هذا التفكير في قرارات الهندسة والتصنيع في عدة أجيال من صواريخ ناسا. ولكن ماذا عن هدف تقليل الأجزاء وتبسيط تصنيع الصواريخ؟ كيف سيتأثر هذا بالتكرار؟
في حالة Relativity Space، فإن تبسيط الصاروخ مفيد للتكرار. انخفاض عدد الأجزاء يرتبط trựcياً بسهولة الصيانة وความ能够 لتعديل أو إصلاح الأجزاء عند الطلب. مع التطورات في الطباعة ثلاثية الأبعاد وانخفاض الحاجة إلى حجم الطابعات عالية الجودة، أصبح من الممكن الآن وجود طابعات ثلاثية الأبعاد على متن الطائرات في رحلات مأهولة وربما حتى على كواكب مستعمرة.
يمكن رؤية ذلك في صواريخ Terran 1 وTerran T، من صنبور الحقن الذي يتم إنتاجه من جزء فردي إلى أنظمة التبريد للغرف التمددية التي يتم طباعتها مباشرة على السطوح الساخنة. أدت هذه التبسيطات إلى أجزاء أكثر موثوقية واقتصادية يمكن إنتاجها في أي مكان يمكن وضع الطابعة. هذا سوف يسمح أيضاً بحد أدنى من الصيانة والوقت الخاطئ بسبب عدم الحاجة إلى تفكيك وتركيب الأجزاء يدوياً.
