Пространството на относителността променя ли космическата индустрия?

През последните 62 години американската космическа индустрия проектира и разви пътя си към открития космос със скорост, по-бърза, отколкото хората биха могли да си представят, достигайки до собствената ни луна чак до далечни слънчеви системи и извън нея. Но какво ще стане, ако ви кажа, че тази индустрия е на път да преживее промяна в парадигмата на технологиите. Компании като Relativity Space и SpaceX са начело на една от най-големите промени в технологията и производството, които индустрията може някога да преживее. В тази статия ще проучим какви технологии и навлизания Relativity Space използва за постигане на тази цел.

Кой е Тим Елис?

За да разберем по-добре Тим Елис, трябва да погледнем по-назад. Като млад мъж Тим разпознава способността си да се фокусира много и да изпълнява няколко задачи чрез манията си по Lego, до такава степен, че Тим все още има постоянно свит палец на дясната си ръка от изключително много време и усилия, прекарани в изграждането на Lego.

Елис започна в Университета на Южна Калифорния, където планира да се дипломира като сценарист и да учи като част от програмата Thematic Option на USC. Въпреки това, по време на ориентацията си за първокурсник, той смени специалността си към аерокосмическо инженерство. Другият съосновател и технически директор на Ellis and Relativity, Джордан Никой, и двамата са заемали ръководни позиции в лабораторията за ракетно задвижване на USC. По време на престоя си в Лабораторията за ракетно задвижване Елис и Ноун помогнаха за изстрелването на първата проектирана и построена от студенти ракета в космоса. Докато посещава USC Ellis има 3 стажа с Blue Origin и получава както бакалавърска, така и магистърска степен.

След дипломирането си Елис продължи да работи на пълен работен ден с Blue Origin в продължение на 5 години, съсредоточавайки се силно върху 3D печат ракетни технологии. По-късно той служи като инженер по разработка на задвижване на тласкащи устройства RCS за капсула на екипажа. По-късно той ще бъде признат за внасянето на вътрешния 3D печат в blue origin. 

Произходът

Докато Ellis и Noone прекарваха времето си в разработване на технологии за адитивно производство, специално предназначени да помогнат за задвижването на ракети, те признаха сериозността на въздействието на тези технологии върху космическата индустрия и решиха да следват по-амбициозен подход към производството на ракети. 

Елис и Ноун щяха да стартират Relativity Space Industries през 2015 г. Първоначално те се опитаха да наберат 500,000 XNUMX долара начални пари, но без реален опит в набирането на средства за стартиране, Елис излезе на крака и реши да изпрати студен имейл на Mark Cuban, очевидно имейлът му ще бъде достатъчно убедителен, за да убеди Марк да инвестира пълните $500,000 XNUMX. Повече от седмица от идеята, скицирана върху салфетка на Starbucks, до осигуряването на финансиране. Елис и Ноун щяха да започнат дивата езда, която по-късно щеше да се превърне в единствена по рода си история на успеха. 

Елис и Ноун, борейки се да поддържат темпа на растеж, по-късно ще признаят, че финансирането от Марк е дошло толкова бързо, че всъщност няма къде да депозират средствата. С наличните средства и амбицията да се справят с всяка дадена задача, те започнаха монументалната задача да създадат изцяло 3D отпечатани ракети. Към днешна дата Relativity Space успешно събра 2.3 милиарда долара в рамките на 4 рунда.

Производство на добавки 

Пространството на относителността сега беше изправено пред монументалната задача да създаде изцяло 3D отпечатани ракети, за да усъвършенства по-добре производството на ракетни кораби, да намали разходите и да увеличи опростеността на дизайна. Елис разбра, че 3D принтерите са отговорът на това поради способността им да опростяват и създават неща по-бързо и по-евтино от предишните методи за инструменти и като бонус тази нова технология беше по-екологична и по-енергийно ефективна.

Времето за тестване беше намалено в някои случаи с 10 пъти. например на предишни поколения ракети ще са им необходими над 10 години, за да преминат от теория към жизнеспособен продукт, а Relativity Space може да произведе прототипи за по-малко от 60 дни. Но не беше толкова просто като закупуване на метален 3D принтер и започване на производство, Relativity Space трябваше да произведе свои собствени 3D принтери и дори да проектира собствени сплави, получени от собствения специалист по метали на техния екип. Тези постижения са огромни сами по себе си, да не говорим за останалите усложнения, които съществуват при проектирането на ракети. 

Адитивното производство трябваше да реши почти всички съществуващи проблеми на космическата индустрия с производствените линии, то елиминира необходимостта от специални инструменти, ускорява времето от идеята до жизнеспособен продукт и позволява на Relativity space да тества и произвежда значително повече итерации за по-кратък период отколкото всеки друг производител на ракети. Когато говорите за индустрия, която се занимава с милиони и често дори милиарди ценни товари, тези технологии трябва да бъдат изпробвани, истински и тествани. Въпреки тези пречки, компанията е получила най-голямото количество предварителни поръчки от която и да било космическа компания от частния сектор в американската история, подкрепяйки идеята за 3D печат и доказвайки, че инвеститорите са готови за технологичния напредък в космическата индустрия, който Елис и Ноун си представиха . 

Обем на космическата индустрия

Дългогодишният проблем с космическите пътувания е достъпността, този висок праг е попречил на по-малките нации да стартират космически програми. Предполагаше се също, че космическите пътувания никога няма да бъдат жизнеспособни в частния сектор, докато SpaceX и Blue Origin не докажат грешка. Relativity Space е новодошъл, който нарушава тази индустрия, за да отговори на нуждите на нациите по света. Тъй като нашето търсене на сателити и изстрелвания на ракети се увеличава, търсенето на космически пътувания нараства експоненциално. В момента космическата индустрия се оценява на 350 милиарда долара и според Morgan Stanley се очаква да нарасне до $1.1 трилиона до 2040 година. 

Близо 50% от космическата индустрия е изстрелване на сателити, признавайки това, частният сектор се насочва по по-утилитарен начин, по-подходящ за разпространението на сателити в ниска орбита. Това е полезно по повече от един начин, нуждата от товари в космоса нараства и се нуждаем от решения, които са най-подходящи за теглене на големи количества на голямо разстояние до чужди планети. Ако искаме да тераформираме планета като Марс, ще трябва да имаме способността за да произвеждаме и създаваме на планетата, не можем да очакваме да превозваме необходимите товари до планетата след месец. 

Relativity Space, с Terran 1 и Terran R, се фокусира силно върху нуждите от дистрибуция на товари. Terran 1 (85% 3d отпечатано) ще има полезен товар от 2700 lbs, това ще бъде силно посветено на технологиите за събиране на информация на борда, докато тестват и се подготвят за изстрелване на Terran R през 2024 г., Terran R (95% 3d отпечатано) се очаква да имат полезен товар от 44,000 1 lbs. Tarran 2024 е по-подходящ за мисии в ниска орбита, като Terran R има за цел да лети до Марс през XNUMX г. 

Пространство на относителността

Relativity space прерасна в компания, подкрепяща a Оценка от 4.2 милиарда долара и осигуряване на над 1.3 милиона квадратни фута производствено пространство за забележително кратък период. Компанията е била издава няколко патента около неговите технологии за 3D печат и дори някои от неговите сплави. Компанията може да направи това отчасти благодарение на пълното вътрешно производство, където други производители на ракети разчитат на веригите за доставки и външни производители. Relativity Space прави всичко това самостоятелно в 1 от своите 4 склада, разпространени в Съединените щати. Те не само успяха да внедрят всички необходими технологии у дома, но и успяха става четвъртата компания в историята на нос Канаверал за да имат специална стартова площадка, те също имат база във военновъздушната база Ванденберг. 

Патентованите технологии на Relativity Space им позволиха да произвеждат новопроектирани 3D принтери, използващи плазмен арков разряд и лазерно заваряване с алуминиеви сплави със скорост от 10 инча в секунда заваръчна тел, проектирана изцяло вътрешно. Това им позволи да настроят по-добре крайния продукт, така че да отговаря на техните специфични нужди при невиждани досега скорости. Машинното обучение оптимизира по-плавен дизайн, в много случаи произвеждащи части, които иначе биха били почти невъзможни за производство.

Елис и неговият екип трябваше да решат няколко непредвидени технически предизвикателства, като например изкривяване на метал. В този случай екипът стигна до заключението, че най-добрият подход е да се научат точните спецификации на изкривяването, присъщо на всяка сплав, и да се използват алгоритмите за машинно обучение, за да коригират по-добре програмите си, за да отговарят на специфичната сплав, използвана за процеса. Това им позволи да изчислят и коригират съответно, за да интегрират изкривяването на детайла в измерванията при създаването му. Елис заявява, че по дължината на ракетата този алгоритъм е довел до толеранс в рамките на 2 хилядни от инча. Това е още един пример за това как машинното обучение е от полза за производството. 

Опростяването се изстрелва в списъка с приоритети

В предишните поколения ракетни изследвания резервирането беше задължително за всяко едно решение, взето от НАСА. В случай на потенциална повреда всяка част трябва да има поне една резервна част. Това мислене може да се види в инженерните и производствените решения в няколкото повторения на ракетите на НАСА. Но къде се намираме, когато целта е да се намалят частите и да се опрости производството на ракети? Как това ще повлияе на съкращенията?

В случая на Relative Space, опростяването на ракетата е от полза за излишъка. Намаляването на броя на частите е пряко свързано с лесната поддръжка и възможността за смяна или ремонт на части при поискване. С напредъка в 3D печатането и намалените изисквания за размер за висококачествени принтери, вече е възможно да има 3D принтери на борда на самолети в пилотирани полети и потенциално да бъдат разположени на колонизирани планети.

Това може да се види в ракетите Terran 1 и Terran T, от техните инжекционни дюзи, произведени от 1 отделна част, до охладителните системи на разширителните камери, отпечатани директно в нагретите повърхности. Тези прекалено опростявания доведоха до по-надеждни и рентабилни части, които могат да бъдат направени почти навсякъде, където могат да се поберат в принтера. Това също така ще позволи намалена поддръжка и престой поради липсата на практически изисквания за разглобяване и повторно сглобяване на частта.