Způsobí Relativity Space změnu v kosmickém průmyslu?

Během posledních 62 let americký kosmický průmysl vyvinul a vyprojektoval cestu do vnějšího vesmíru rychlostí, kterou lidé nemohli nikdy představit, sahající od naší vlastní měsíce až po vzdálené sluneční systémy a dál. Ale co když vám řeknu, že tento průmysl je na pokraji technologické revoluce. Společnosti jako Relativity Space a SpaceX (SPCX ) jsou v čele jedné z největších technologických a výrobních změn, které tento průmysl může kdy zažít. V tomto článku prozkoumáme, jaké technologie a inovace Relativity Space využívá k dosažení tohoto cíle.

Kdo je Tim Ellis?

Abychom lépe pochopili Tima Ellise, musíme se vrátit zpět. Jako mladý muž Tim rozpoznal svou schopnost hyper-fokusovat a multitaskovat prostřednictvím své posedlosti Lego, natolik, že Tim stále má trvale ohnutý palec na pravé ruce z extrémního času a úsilí stráveného stavbou Lego.

Ellis začal na Univerzitě Jižní Kalifornie, kde plánoval absolvovat jako scenárista a studovat jako součást programu Thematic Option USC. Nicméně, během své prvního ročníku, změnil svůj obor na letecké a kosmické inženýrství. Ellis a druhý spoluzakladatel a technický ředitel Relativity, Jordan Noone, oba zastávali vedoucí pozice v laboratoři raketového pohonu USC. Během svého působení v laboratoři raketového pohonu Ellis a Noone pomohli spustit první studentsky navrženou a postavenou raketu do vesmíru. Během svého studia na USC Ellis měl 3 stáže v Blue Origin a získal jak bakalářský, tak magisterský titul.

Po absolvování Ellis pokračoval v plném pracovním úvazku v Blue Origin po dobu 5 let, se silným zaměřením na 3D tištěné raketové technologie. Později pracoval jako inženýr pro vývoj pohonu pro kapsle RCS. Byl později uznán za to, že přinesl 3D tisk do Blue Origin.

Původ

Zatímco Ellis a Noone strávili čas vývojem aditivních výrobních technologií, speciálně navržených pro pomoc raketovému pohonu, uznali tíhu dopadu těchto technologií na kosmický průmysl a rozhodli se sledovat ambicióznější přístup k výrobě raket.

Ellis a Noone šli dál a spustili Relativity Space Industries v roce 2015. Zpočátku se snažili získat 500 000 dolarů na semenné peníze, ale bez skutečných zkušeností s získáváním finančních prostředků pro startup, Ellis šel na riziko a rozhodl se cold-emailed Mark Cuban, zjevně jeho email byl dostatečně přesvědčivý, aby přesvědčil Marka, aby investoval plných 500 000 dolarů. Za týden od nápadu načrtnutého na ubrousku ze Starbucks (SBUX ) do zajištění financování. Ellis a Noone začali divokou jízdu, která by se později stala jedinečným úspěchem.

Ellis a Noone, kteří se snažili držet krok s tempem růstu, později uznali, že financování od Marka přišlo tak rychle, že vlastně neměli kam uložit peníze. S financemi na místě a ambicí dobýt jakoukoli danou úlohu, začali monumentální úkolu vytvářet plně 3D tištěné rakety. Do dneška Relativity Space úspěšně získala 2,3 miliardy dolarů prostřednictvím 4 kol.

Aditivní výroba

Relativity Space nyní čelila monumentální úkolu vytvořit plně 3D tištěné rakety, aby lépe pokročila ve výrobě raketových lodí, snížila náklady a zvýšila jednoduchost návrhu. Ellis pochopil, že 3D tiskárny jsou odpovědí na tuto otázku, díky své schopnosti zjednodušit a vytvářet věci rychleji a levněji než předchozí metody nástrojů, a jako bonus, tato nová technologie byla šetrnější k životnímu prostředí a energeticky účinnější.

Čas potřebný k testování byl snížen v některých případech až o 10krát. Například předchozí generace raket potřebovala více než 10 let, aby šla od teorie k životaschopnému produktu, a Relativity Space může vytvořit prototypy za méně než 60 dní. Ale nebylo tak jednoduché, jako nákup kovové 3D tiskárny a zahájení výroby, Relativity Space musela vyrobit své vlastní 3D tiskárny a dokonce vyvinout ve spolupráci se svým týmem své vlastní slitiny. Tyto úkoly jsou obrovské samy o sobě, natož zbývající komplikace, které existují při navrhování raket.

Aditivní výroba stojí za řešením téměř všech stávajících problémů kosmického průmyslu s výrobními linkami, eliminuje potřebu speciálních nástrojů, urychluje čas od nápadu k životaschopnému produktu a umožňuje Relativity Space testovat a vyrábět podstatně více iterací v kratším časovém období než jakékoli jiné raketové výrobce. Když mluvíme o průmyslu, který se zabývá miliony a často i miliardami dolarů v cenném nákladu, tyto technologie potřebují být vyzkoušeny, ověřeny a otestovány. Navzdory těmto překážkám společnost získala největší počet předobjednávek ze soukromých sektorových kosmických společností v americké historii, což posiluje myšlenku 3D tisku a prokazuje, že investoři jsou připraveni na technologický pokrok v kosmickém průmyslu, který Ellis a Noone představili.

Relativity Space 4g tiskárna.

Objem kosmického průmyslu

Dlouholetým problémem kosmických cest je dostupnost, tato vysoká hranice bránila menším národům v zahájení kosmických programů. Bylo také předpokládáno, že kosmické cestování nebude životaschopné v soukromém sektoru, dokud to nebylo prokázáno SpaceX a Blue Origin. Relativity Space je nováčkem, který narušuje tento průmysl, aby splnil potřeby národů po celém světě. Jak naše poptávka po satelitech a raketách roste, poptávka po kosmických cestách roste exponenciálně. V současné době je kosmický průmysl odhadován na 350 miliard dolarů a podle Morgan Stanley se očekává, že do roku 2040 vzroste na 1,1 bilionu dolarů (MS ).

Téměř 50 % kosmického průmyslu tvoří spuštění satelitů, uznávající toto, soukromý sektor se zaměřil na více užitkový přístup, lépe přizpůsobený k distribuci satelitů na nízké oběžné dráze. To je výhodné více než jedním způsobem, potřeba nákladu ve vesmíru roste a potřebujeme řešení, která jsou nejlepší pro přepravu velkých množství na dlouhou vzdálenost do zahraničních planet. Pokud chceme terraformovat planetu, jako je Mars, budeme muset mít schopnost vyrábět a vytvářet na planetě, nemůžeme očekávat, že budeme moci odesílat náklad podle potřeby na planetu, která je měsíce daleko.

Relativity Space, s Terran 1 a Terran R, se silně zaměřuje na potřeby distribuce nákladu. Terran 1 (85 % 3D tištěný) bude mít náklad 2700 liber, který bude silně věnován informačním technologiím na palubě, zatímco testují a připravují se na spuštění Terran R v roce 2024, Terran R (95% 3D tištěný) se očekává, že bude mít náklad 44 000 liber. Terran 1 je lépe přizpůsoben pro mise na nízké oběžné dráze, zatímco Terran R má cíl letět na Mars v roce 2024.

Relativity Space

Relativity Space vyrostla do společnosti s 4,2 miliardami dolarů a zajištěním více než 1,3 milionu čtverečních stop výrobního prostoru v pozoruhodně krátké době. Společnost obdržela několik patentů týkajících se jejích 3D tiskových technologií a dokonce i některých slitin. Společnost může tak učinit částečně díky plné vnitřní výrobě, zatímco jiní výrobci raket se spoléhají na dodavatelské řetězce a externí výrobce. Relativity Space to dělá vše sama ve svých 4 skladech rozložených po Spojených státech. Nejenže se jim podařilo přinést všechny nezbytné technologie do domu, ale také se jim podařilo stát se čtvrtou společností v historii Cape Canaveral, která má vyhrazenou startovací rampu, mají také základnu na letecké základně Vandenberg.

Proprietární technologie Relativity Space umožnily jim vyvinout nově navržené 3D tiskárny, využívající plazmovou obloukovou výboj a laserové svařování s hliníkovými slitinami rychlostí 10 palců za sekundu svařovacího drátu, který byl navržen plně ve spolupráci se svým týmem. To jim umožnilo lépe sladit konečný produkt, aby vyhovoval jejich specifickým potřebám na dříve neviditelné rychlosti. Machine learning optimalizuje více fluidní návrh, ve mnoha případech vyrábějící části, které by jinak byly téměř nemožné vyrobit.

Ellis a jeho tým museli vyřešit několik neočekávaných technických problémů, jako je ohýbání kovu. V tomto případě tým dospěl k závěru, že nejlepší přístup je naučit se přesně specifikovat ohýbání inherentní každé slitině a využít algoritmy strojového učení k lepšímu přizpůsobení jejich programů specifické slitině, která se používá pro proces. To jim umožnilo vypočítat a upravit podle potřeby integraci ohýbání části do měření při jejím vytváření. Ellis prohlašuje, že na délku rakety tento algoritmus vedl k toleranci do 2 tisících dílů palce. To je další příklad toho, jak strojové učení může prospět výrobě.

Zjednodušení raketového průmyslu

V předchozích generacích raketové výzkumu byla redundance povinná pro každé rozhodnutí učiněné NASA. V případě potenciálního selhání každá část vyžadovala minimálně jednu záložní část. Toto myšlení lze vidět v inženýrských a výrobních rozhodnutích napříč několika iteracemi raket NASA. Ale kde stojíme, když je cílem snížit počet částí a zjednodušit výrobu raket? Jak to ovlivní redundanci?

V případě Relative Space je zjednodušení rakety prospěšné pro redundanci. Snížení počtu částí přímo koreluje s snadností údržby a schopností měnit nebo opravovat části podle potřeby. S pokroky ve 3D tisku a snížením velikostních požadavků na vysoce kvalitní tiskárny je nyní možné mít 3D tiskárny na palubě letadel při pilotovaných letech a potenciálně být umístěny na kolonizovaných planetách.

To lze vidět napříč raketami Terran 1 a Terran T, od vstřikovacích trysek vyrobených z jedné části až po systémy chlazení expanzních komor, které jsou tištěny přímo do zahřátých povrchů. Tyto zjednodušení vedla k více spolehlivým a nákladově efektivním částem, které lze vyrobit téměř kdekoli, kam se vejde tiskárna. To také umožní snížit údržbu a prostoj z důvodu absence ručních požadavků na demontáž a opětovné sestavení části.