طباعة ثلاثية الأبعاد
هل الفضاء النسبي يعيد تشكيل صناعة الفضاء؟
خلال الـ 62 عامًا الماضية ، صممت صناعة الفضاء الأمريكية وطورت طريقها إلى الفضاء الخارجي بمعدل أسرع مما كان يتخيله البشر ، ووصلت إلى قمرنا وصولًا إلى الأنظمة الشمسية البعيدة وما وراءها. ولكن ماذا لو أخبرتك أن هذه الصناعة على وشك تجربة نقلة نوعية في التقنيات. تقود شركات مثل Relativity Space و SpaceX أحد أكبر التحولات في التكنولوجيا والتصنيع التي قد تشهدها الصناعة على الإطلاق. في هذه المقالة ، سوف نستكشف التقنيات والمغامرات التي تستخدمها فضاء النسبية للتغلب على هذا الهدف.
من هو تيم إليس؟
لفهم تيم إليس بشكل أفضل ، علينا أن ننظر إلى الوراء أكثر. عندما كان شابًا ، أدرك تيم قدرته على التركيز المفرط والمهام المتعددة من خلال هوسه بـ Lego ، لدرجة أن Tim لا يزال لديه إبهام دائم في يده اليمنى من مقدار الوقت والجهد المبذول في بناء Lego.
بدأ Ellis في جامعة جنوب كاليفورنيا، حيث خطط للتخرج ككاتب سيناريو والدراسة كجزء من برنامج الخيار المواضيعي لجامعة جنوب كاليفورنيا. ومع ذلك ، خلال توجيهه كطالب جديد ، حول تخصصه إلى هندسة الطيران. Ellis and Relativity مؤسس مشارك ورئيس قسم التكنولوجيا ، جوردان لا أحد، كلاهما شغل مناصب قيادية في مختبر الدفع الصاروخي التابع لجامعة جنوب كاليفورنيا. خلال فترة وجودهما في معمل Rocket Propulsion Lab ، ساعد Ellis و Noone في إطلاق أول صاروخ تم تصميمه وبناءه بواسطة الطلاب في الفضاء. أثناء التحاقه بجامعة جنوب كاليفورنيا ، حصل إليس على 3 دورات تدريبية مع Blue Origin وحصل على بكالوريوس العلوم وماجستير العلوم.
بعد التخرج ، واصل إليس العمل بدوام كامل مع Blue Origin لمدة 5 سنوات ، مع التركيز بشدة على 3D المطبوعة تقنيات الصواريخ. في وقت لاحق ، عمل كمهندس تطوير الدفع في محركات الدفع RCS ذات كبسولة الطاقم. في وقت لاحق ، كان يُنسب إليه الفضل في جلب الطباعة ثلاثية الأبعاد داخليًا إلى الأصل الأزرق.
الأصول
بينما قضى Ellis و Noone وقتهما في تطوير تقنيات التصنيع المضافة المصممة خصيصًا للمساعدة في دفع الصواريخ ، أدركا مدى خطورة تأثير هذه التقنيات على صناعة الفضاء وقرروا اتباع نهج أكثر طموحًا لتصنيع الصواريخ.
استمر Ellis و Noone في إطلاق Relativity Space Industries في عام 2015. في البداية ، سعيا إلى جمع 500,000 دولار من الأموال الأولية ، ولكن مع عدم وجود خبرة حقيقية في جمع الأموال لشركة ناشئة ، خرج Ellis من أحد أطرافه و قررت أن تبرد البريد الإلكتروني مارك كوبان، من الواضح أن بريده الإلكتروني سيكون مقنعًا بدرجة كافية لإقناع مارك باستثمار مبلغ 500,000 دولار بالكامل. أكثر من أسبوع من رسم الفكرة على منديل ستاربكس لتأمين التمويل. بدأ Ellis و Noone الرحلة البرية التي أصبحت فيما بعد واحدة من قصص النجاح اللطيفة.
يقر إليس ونون اللذان يسعيان لمواكبة معدل النمو لاحقًا أن التمويل من مارك جاء سريعًا لدرجة أنهما لم يكن لديهما مكان لإيداع الأموال. مع وجود الأموال والطموح للتغلب على أي مهمة معينة ، بدأوا المهمة الضخمة لإنشاء صواريخ مطبوعة ثلاثية الأبعاد بالكامل. حتى الآن ، نجحت Relativity Space في جمع 3 مليار دولار خلال 2.3 جولات.
التصنيع مضافة
واجهت مساحة النسبية الآن مهمة ضخمة لإنشاء صواريخ مطبوعة ثلاثية الأبعاد بالكامل لتحسين إنتاج سفن الصواريخ وتقليل التكلفة وزيادة بساطة التصميم. أدرك Ellis أن الطابعات ثلاثية الأبعاد كانت الإجابة على ذلك نظرًا لقدرتها على تبسيط وإنشاء الأشياء بشكل أسرع وأرخص من طرق الأدوات السابقة ، وكميزة إضافية ، كانت هذه التقنية الجديدة أكثر اخضرارًا وكفاءة في استخدام الطاقة.
تم تقليل الوقت اللازم للاختبار في بعض الحالات بمقدار 10x. على سبيل المثال ، قد تستغرق الأجيال السابقة من الصواريخ ما يزيد عن 10 سنوات للانتقال من النظرية إلى منتج قابل للتطبيق ، ويمكن لفضاء النسبية إنتاج نماذج أولية في أقل من 60 يومًا. ولكن لم يكن الأمر بسيطًا مثل شراء طابعة معدنية ثلاثية الأبعاد وبدء الإنتاج ، فقد كان على شركة Relativity Space تصنيع طابعات ثلاثية الأبعاد خاصة بهم وحتى هندسة السبائك الخاصة بهم داخل الشركة المشتقة من متخصص المعادن الخاص بفريقهم. هذه الأعمال الفذ ضخمة بحد ذاتها ، ناهيك عن التعقيدات المتبقية الموجودة عند تصميم الصواريخ.
كان التصنيع الإضافي قادرًا على حل جميع مشكلات صناعة الفضاء الحالية تقريبًا مع خطوط الإنتاج ، كما أنه يلغي الحاجة إلى أدوات خاصة ، ويسرع الوقت من الفكرة إلى منتج قابل للتطبيق ، ويسمح بمساحة النسبية لاختبار وإنتاج المزيد من التكرارات بشكل كبير في فترة أقصر من أي مصنع صواريخ آخر. عندما تتحدث عن صناعة تتعامل بالملايين وغالبًا المليارات في البضائع القيمة ، يجب تجربة هذه التقنيات وصحتها واختبارها. على الرغم من هذه العقبات ، فقد تلقت الشركة أكبر قدر من الطلبات المسبقة من أي شركة فضاء تابعة للقطاع الخاص في التاريخ الأمريكي ، مما عزز فكرة الطباعة ثلاثية الأبعاد وإثبات استعداد المستثمرين للتقدم التكنولوجي في صناعة الفضاء التي تصورها Ellis و Noone .
طابعة نسبية 4g.
حجم صناعة الفضاء
كانت قضية السفر إلى الفضاء التي طال أمدها هي القدرة على تحمل التكاليف ، وقد منع هذا الحد المرتفع الدول الأقل من إطلاق برامج فضائية. كان من المفترض أيضًا أن السفر إلى الفضاء لن يكون قابلاً للتطبيق أبدًا في القطاع الخاص حتى يثبت خطأه بواسطة SpaceX و Blue Origin. فضاء النسبية هو الوافد الجديد الذي يعطل هذه الصناعة لتلبية احتياجات الدول في جميع أنحاء العالم. نظرًا لأن طلبنا على الأقمار الصناعية وإطلاق الصواريخ يزيد الطلب على السفر إلى الفضاء بشكل كبير. حاليًا ، تقدر قيمة صناعة الفضاء بـ 350 مليار دولار و وفقًا لـ Morgan Stanley ، من المتوقع أن ينمو إلى 1.1 تريليون دولار بحلول عام 2040.
ما يقرب من 50٪ من صناعة الفضاء عبارة عن عمليات إطلاق أقمار صناعية ، وإدراكًا لذلك ، فإن القطاع الخاص قد أدار نفسه بطريقة أكثر نفعية ومناسبة بشكل أفضل لتوزيع الأقمار الصناعية في مدار منخفض. يعد هذا مفيدًا بأكثر من طريقة ، فالحاجة إلى الشحن في الفضاء آخذة في الازدياد ونحتاج إلى الحلول الأنسب لسحب كميات كبيرة لمسافات طويلة إلى كواكب أجنبية. للتصنيع والإبداع على هذا الكوكب ، لا يمكننا أن نتوقع شحن البضائع حسب الحاجة إلى كوكب يبعد شهرًا واحدًا.
تركز Relativity Space ، مع Terran 1 و Terran R ، بشكل كبير على احتياجات توزيع البضائع. سيكون للأرض 1 (85٪ مطبوعة ثلاثية الأبعاد) حمولة 3 رطل ، وسيكون هذا مكرسًا بشكل كبير لتقنيات جمع المعلومات على متنها أثناء اختبارها والاستعداد لإطلاق Terran R في عام 2700 ، ومن المتوقع أن تقوم Terran R (طباعة 2024٪ ثلاثية الأبعاد) لديها حمولة 95 رطل. يعتبر Tarran 3 أكثر ملاءمة لمهام المدار المنخفض ، حيث كان هدف Terran R هو الطيران إلى المريخ في عام 44,000.
مساحة النسبية
نمت مساحة النسبية لتصبح شركة تدعم أ 4.2 مليار دولار تقييم وتأمين أكثر من 1.3 مليون قدم مربع من مساحة التصنيع في فترة قصيرة بشكل ملحوظ. كانت الشركة منح العديد من براءات الاختراع تحيط بتقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد وحتى بعض السبائك. يمكن للشركة القيام بذلك جزئيًا بسبب التصنيع الداخلي الكامل ، حيث يعتمد مصنعو الصواريخ الآخرون على سلاسل التوريد والشركات المصنعة الخارجية. تقوم شركة Relativity Space بكل هذا بمفردها في أحد مستودعاتها الأربعة المنتشرة في جميع أنحاء الولايات المتحدة. لم يقتصر الأمر على تمكنهم من جلب جميع التقنيات الضرورية إلى المنزل فحسب ، بل تمكنوا أيضًا من تحقيقها أصبحت الشركة الرابعة في تاريخ كيب كانافيرال للحصول على منصة إطلاق مخصصة ، لديهم أيضًا قاعدة في قاعدة فاندنبرغ الجوية.
سمحت لهم التقنيات المملوكة لشركة Relativity Space بتصنيع طابعات ثلاثية الأبعاد مصممة حديثًا باستخدام تفريغ قوس البلازما واللحام بالليزر مع سبائك الألومنيوم بمعدل 3 ″ في الثانية من أسلاك اللحام المصممة بالكامل داخل الشركة. وقد مكنهم ذلك من ضبط المنتج النهائي بشكل أفضل ليناسب احتياجاتهم الخاصة بسرعات لم يسبق لها مثيل. التعلم الآلي هو الأمثل تصميم أكثر مرونة ، في كثير من الحالات ينتج أجزاء كان من المستحيل تصنيعها لولا ذلك.
كان على Ellis وفريقه حل العديد من التحديات التقنية غير المتوقعة مثل الاعوجاج المعدني. في هذه الحالة ، خلص الفريق إلى أن أفضل نهج هو معرفة المواصفات الدقيقة للالتواء المتأصل في كل سبيكة واستخدام خوارزميات التعلم الآلي لضبط برامجهم بشكل أفضل لتلائم السبيكة المحددة المستخدمة في العملية. سمح لهم ذلك بالحساب والتعديل وفقًا لذلك لدمج التواء الجزء في القياسات عند إنشائه. يوضح Ellis أنه على طول الصاروخ ، أدت هذه الخوارزمية إلى تسامح في حدود 2 جزء من الألف من البوصة. هذا مثال آخر على كيفية الاستفادة من التعلم الآلي في التصنيع.
التبسيط يصعد بسرعة إلى قائمة الأولويات
في الأجيال السابقة لاستكشاف الصواريخ ، كان التكرار إلزاميًا لكل قرار تتخذه وكالة ناسا. في حالة حدوث عطل محتمل ، يجب أن يكون لكل جزء جزء احتياطي واحد على الأقل. يمكن رؤية هذا التفكير في قرارات الهندسة والتصنيع من خلال التكرارات العديدة لصواريخ ناسا. ولكن أين نقف عندما يكون الهدف هو تقليل الأجزاء وتبسيط تصنيع الصواريخ؟ كيف سيؤثر هذا على التكرار؟
في حالة الفضاء النسبي ، يكون تبسيط الصاروخ مفيدًا للتكرار. يرتبط تقليل عدد الأجزاء ارتباطًا مباشرًا بسهولة الصيانة والقدرة على تغيير أو إصلاح الأجزاء عند الطلب. مع التقدم في الطباعة ثلاثية الأبعاد وانخفاض متطلبات الحجم للطابعات عالية الجودة ، أصبح من الممكن الآن وجود طابعات ثلاثية الأبعاد على متن الطائرات في الرحلات المأهولة ومن المحتمل أن تتمركز على الكواكب المستعمرة.
يمكن ملاحظة ذلك في جميع أنحاء صواريخ Terran 1 و Terran T ، بدءًا من فوهات الحقن التي يتم إنتاجها من جزء فردي واحد إلى أنظمة تبريد غرف التمدد التي يتم طباعتها مباشرةً على الأسطح الساخنة. أدت هذه التبسيط المفرط إلى الحصول على أجزاء أكثر موثوقية وفعالية من حيث التكلفة يمكن تصنيعها في أي مكان يمكنهم إدارته لتناسب الطابعة. سيسمح هذا أيضًا بتقليل الصيانة ووقت التوقف بسبب نقص المتطلبات العملية لتفكيك الجزء وإعادة تجميعه.
