L'espai de la relativitat està remodelant la indústria espacial?

Durant els últims 62 anys, la indústria espacial nord-americana ha dissenyat i desenvolupat el seu camí cap a l'espai exterior a un ritme més ràpid del que els humans mai podrien haver imaginat, arribant a la nostra pròpia lluna fins a sistemes solars llunyans i més enllà. Però què passaria si us digués que aquesta indústria està a punt d'experimentar un canvi de paradigma en les tecnologies. Empreses com Relativity Space i SpaceX estan liderant un dels majors canvis tecnològics i de fabricació que la indústria pugui experimentar. En aquest article, explorarem quines tecnologies i adveniments utilitza Relativity Space per conquerir aquest objectiu.

Qui és Tim Ellis?

Per entendre millor Tim Ellis hem de mirar més enrere. De jove, Tim va reconèixer la seva capacitat d'hiper-enfocar i fer múltiples tasques a través de la seva obsessió amb Lego, tant és així que Tim encara té un polze permanentment doblegat a la mà dreta per l'extrem temps i esforç dedicat a construir Lego.

Ellis va començar a la Universitat del Sud de Califòrnia, on tenia previst graduar-se com a guionista i estudiar dins del programa Opció Temàtica de la USC. Tanmateix, durant la seva orientació de primer any, va canviar la seva carrera a enginyeria aeroespacial. L'altre cofundador i CTO d'Ellis i Relativity, Jordan Noone, tots dos van ocupar càrrecs de lideratge al Rocket Propulsion Lab de la USC. Durant el seu temps al laboratori de propulsió de coets, Ellis i Noone van ajudar a llançar el primer coet dissenyat i construït per estudiants a l'espai. Mentre assistia a la USC, Ellis va fer 3 pràctiques amb Blue Origin i va obtenir tant una llicenciatura en ciències com un màster en ciències.

Després de graduar-se, Ellis va continuar treballant a temps complet amb Blue Origin durant 5 anys, centrant-se molt en Imprès en 3D tecnologies de coets. Més tard va exercir com a enginyer de desenvolupament de propulsió en propulsors RCS de càpsula de tripulació. Més tard se li acreditaria per portar la impressió 3D interna a l'origen blau. 

Els orígens

Mentre Ellis i Noone van dedicar el seu temps a desenvolupar tecnologies de fabricació additiva dissenyades específicament per ajudar a la propulsió de coets, van reconèixer la gravetat de l'impacte d'aquesta tecnologia en la indústria espacial i van decidir seguir un enfocament més ambiciós per a la fabricació de coets. 

Ellis i Noone van llançar Relativity Space Industries el 2015. Inicialment, van intentar recaptar 500,000 dòlars en diners inicials, però sense experiència real en la recaptació de fons per a una empresa emergent, Ellis va sortir en un extrem i va decidir enviar un correu electrònic a Mark Cuban, evidentment, el seu correu electrònic seria prou convincent per convèncer a Mark d'invertir els 500,000 dòlars íntegres. Més d'una setmana des de la idea esbossada en un tovalló de Starbucks fins a aconseguir el finançament. Ellis i Noone començarien el viatge salvatge que més tard es convertiria en una història d'èxit única. 

Ellis i Noone lluitant per mantenir-se al dia amb el ritme de creixement més tard reconeixeria que el finançament de Mark va arribar tan ràpidament que en realitat no tenien on dipositar els fons. Amb els fons disponibles i l'ambició de conquerir qualsevol tasca determinada, van començar la tasca monumental de crear coets totalment impresos en 3D. Fins ara, Relativity Space ha recaptat amb èxit 2.3 milions de dòlars al llarg de 4 rondes.

Fabricació additiva 

L'espai de la relativitat s'enfrontava ara a la tasca monumental de crear coets totalment impresos en 3D per avançar millor la producció de coets, reduir el cost i augmentar la simplicitat del disseny. Ellis va entendre que les impressores 3D eren la resposta a això a causa de la seva capacitat de simplificar i crear coses més ràpid i més barat que els mètodes d'eines anteriors, i com a avantatge, aquesta nova tecnologia era més ecològica i més eficient energèticament.

El temps per a la prova es va reduir en alguns casos en 10 vegades. per exemple, les generacions anteriors de coets trigarien més de 10 anys a passar de la teoria a un producte viable, i l'espai de la relativitat pot produir prototips en menys de 60 dies. Però no va ser tan senzill com comprar una impressora 3D de metall i començar la producció, Relativity Space va haver de fabricar les seves pròpies impressores 3D i fins i tot dissenyar internament els seus propis aliatges derivats del propi especialista en metalls del seu equip. Aquestes gestes són massives per si soles i molt menys les complicacions restants que hi ha a l'hora de dissenyar coets. 

La fabricació additiva va resoldre gairebé tots els problemes existents de la indústria espacial amb les línies de producció, elimina la necessitat d'eines especials, accelera el temps des de la idea fins al producte viable i permet que l'espai de la Relativitat provei i produeixi substancialment més iteracions en un període més curt. que qualsevol altre fabricant de coets. Quan parleu d'una indústria que negocia milions i, sovint, fins i tot milers de milions de càrrega valuosa, aquestes tecnologies s'han de provar, veritables i provar-les. Malgrat aquests obstacles, la companyia ha rebut la major quantitat de comandes anticipades de qualsevol empresa espacial del sector privat de la història dels Estats Units, reforçant la idea de la impressió 3D i demostrant que els inversors estan preparats per als avenços tecnològics de la indústria espacial que Ellis i Noone van imaginar. . 

Volum de la indústria espacial

El problema de llarga data amb els viatges espacials ha estat l'assequibilitat, aquest llindar elevat ha impedit que les nacions menors llancin programes espacials. També es va suposar que els viatges espacials no serien mai viables al sector privat fins que SpaceX i Blue Origin no demostrin l'error. Relativity Space és un nouvingut que està alterant aquesta indústria per satisfer les necessitats de les nacions de tot el món. A mesura que la nostra demanda de satèl·lits i llançaments de coets augmenta, la demanda de viatges espacials creix de manera exponencial. Actualment, la indústria espacial està valorada en 350 milions de dòlars i segons Morgan Stanley, s'espera que creixi fins als 1.1 bilions de dòlars l'any 2040. 

Gairebé el 50% de la indústria espacial són llançaments de satèl·lits, reconeixent això, el sector privat s'ha dirigit d'una manera més utilitària més adequada per a la distribució de satèl·lits en òrbita baixa. Això és beneficiós en més d'una manera, la necessitat de càrrega a l'espai està creixent i necessitem les solucions més adequades per transportar grans quantitats a llarga distància a planetes estrangers. Si volem terraformar un planeta com Mart, haurem de tenir la capacitat per fabricar i crear al planeta, no podem esperar enviar càrrega segons sigui necessari a un mes de distància del planeta. 

Relativity Space, amb Terran 1 i Terran R, s'està centrant molt en les necessitats de distribució de càrrega. Terran 1 (85% imprès en 3D) tindrà una càrrega útil de 2700 lliures, que es dedicarà en gran mesura a les tecnologies de recopilació d'informació a bord mentre provein i es preparen per llançar Terran R el 2024, s'espera que Terran R (95% imprès en 3D) tenen una càrrega útil de 44,000 lliures. Tarran 1 és més adequat per a missions en òrbita baixa, amb Terran R amb l'objectiu de volar a Mart el 2024. 

Espai de la relativitat

L'espai de la relativitat s'ha convertit en una empresa que reforça a Valoració de 4.2 milions de dòlars i assegurant més d'1.3 milions de peus quadrats d'espai de fabricació en un període notablement curt. L'empresa ha estat concedit diverses patents que envolten les seves tecnologies d'impressió 3D i fins i tot alguns dels seus aliatges. L'empresa pot fer-ho en part a causa de la fabricació interna completa, on altres fabricants de coets depenen de cadenes de subministrament i fabricants externs. Relativity Space ho fa tot sol en 1 dels seus 4 magatzems repartits pels Estats Units. No només han aconseguit portar totes les tecnologies necessàries a casa, també ho han aconseguit convertir-se en la quarta empresa de la història de Cap Cañaveral per tenir una plataforma de llançament dedicada, també tenen una base a la base aèria de Vandenberg. 

Les tecnologies patentades de Relativity Space els han permès fabricar impressores 3D de nou disseny que utilitzen descàrrega d'arc de plasma i soldadura làser amb aliatges d'alumini a una velocitat de 10 "per segon de filferro de soldadura dissenyat totalment a casa. Això els ha permès ajustar millor el producte final per adaptar-se a les seves necessitats específiques a velocitats mai vistes. L'aprenentatge automàtic s'optimitza un disseny més fluid, en molts casos produint peces que d'altra manera seria gairebé impossible de fabricar.

Ellis i el seu equip van haver de resoldre diversos reptes tècnics imprevistos, com ara la deformació del metall. En aquest cas, l'equip va concloure que el millor enfocament era aprendre les especificacions exactes de deformació inherents a cada aliatge i utilitzar els algorismes d'aprenentatge automàtic per ajustar millor els seus programes per adaptar-se a l'aliatge específic que s'utilitzava per al procés. Això els va permetre calcular i ajustar en conseqüència per integrar la deformació de la peça a les mesures en crear-la. Ellis afirma que durant la longitud del coet, aquest algorisme ha donat lloc a una tolerància de 2 mil·lèsimes de polzada. Aquest és un altre exemple de com l'aprenentatge automàtic beneficia la fabricació. 

La simplificació augmenta la llista de prioritats

En generacions anteriors d'exploració de coets, la redundància era obligatòria per a totes les decisions preses per la NASA. En cas d'una possible fallada, cada part requeria com a mínim una peça de seguretat. Aquest pensament es pot veure en les decisions d'enginyeria i fabricació al llarg de les diverses iteracions dels coets de la NASA. Però, on estem quan l'objectiu és reduir peces i simplificar la fabricació de coets? Com afectarà això a la redundància?

En el cas de l'espai relatiu, la simplificació del coet és beneficiosa per a la redundància. La reducció del nombre de peces està directament relacionada amb la facilitat de manteniment i la capacitat de canviar o reparar peces sota demanda. Amb els avenços en la impressió 3D i la disminució dels requisits de mida per a les impressores d'alta qualitat, ara és factible tenir impressores 3D a bord d'avions en vols tripulats i potencialment estar estacionades en planetes colonitzats.

Això es pot veure als coets Terran 1 i Terran T, des dels seus broquets d'injecció produïts a partir d'una peça individual fins als sistemes de refrigeració de les cambres d'expansió que s'imprimeixen directament a les superfícies escalfades. Aquestes simplificacions excessives han donat com a resultat peces més fiables i rendibles que es poden fabricar pràcticament a qualsevol lloc on puguin adaptar-se a la impressora. Això també permetrà reduir el manteniment i el temps d'inactivitat a causa de la manca de requisits pràctics per desmuntar i tornar a muntar la peça.