Změňuje Relativity Space tvář vesmírného průmyslu?

Během posledních 62 let americký vesmírný průmysl inženýrsky a technologicky rozvinul cestu do vnějšího vesmíru rychlostí, kterou by lidé nikdy nemohli představit, sahající od našeho vlastního Měsíce až po vzdálené sluneční systémy a dále. Ale co když vám řeknu, že tento průmysl je na pokraji technologického posunu. Společnosti jako Relativity Space a SpaceX jsou v čele jednoho z největších technologických a výrobních posunů, které tento průmysl může kdy zažít. V tomto článku prozkoumáme, jaké technologie a objevy 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 Legem, natolik, že Tim stále má trvale ohnutý palec na pravé ruce z extrémního množství času a úsilí stráveného stavbou Lega.

Ellis začal na University of Southern California, kde plánoval absolvovat jako scenárista a studovat jako součást programu USC’s Thematic Option. Nicméně, během své první orientační schůzky, změnil svůj obor na letecké a kosmické inženýrství. Ellis a Relativity’s druhý spoluzakladatel a CTO, Jordan Noone, oba zastávali vedoucí pozice v USC’s Rocket Propulsion Lab. Během svého času v Rocket Propulsion Lab, Ellis a Noone pomohli spustit první studentem navrženou a postavenou raketu do vesmíru. Zatímco navštěvoval USC, Ellis měl 3 stáže v Blue Origin a získal jak Bachelor of Science, tak Master of Science.

Po absolvování Ellis pokračoval ve full-time práci s Blue Origin po dobu 5 let, silně se zaměřil na 3D tisk raketových technologií. Později působil jako vývojový inženýr pro vývoj posádkové kapsle RCS trysek. 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 vesmírný průmysl a rozhodli se sledovat ambicióznější přístup k výrobě raket.

Ellis a Noone šli dále a spustili Relativity Space Industries v roce 2015. Původně se snažili získat 500 000 dolarů v seed peněz, ale bez skutečných zkušeností s získáváním finančních prostředků pro startup, Ellis šel na hranu a rozhodl se cold emailovat Marka Cubana, zjevně jeho email byl dostatečně přesvědčivý, aby přesvědčil Marka, aby investoval plných 500 000 dolarů. Během týdne od nápadu načrtnutého na Starbucks papíru na nápoje až po zajištění financování. Ellis a Noone začali divokou jízdu, která by se později stala jedinečným úspěchem.

Ellis a Noone, kteří se snažili držet krok s rychlostí růstu, později uznali, že financování od Marka přišlo tak rychle, že vlastně neměli kam vložit peníze. S financováním na místě a ambicí dobýt jakoukoli danou úlohu, začali monumentální úkolu vytvářet plně 3D-tištěné rakety. Do současnosti 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 byly odpovědí na tuto otázku díky jejich 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 na testování byl snížen v některých případech až o 10x. Například předchozí generace raket by trvalo více než 10 let, aby šly od teorie k životaschopnému produktu, a Relativity Space může produkovat prototypy během méně než 60 dnů. Ale nebylo to tak jednoduché, jako nákup kovové 3D tiskárny a zahájení výroby, Relativity Space musela vyrobit své vlastní 3D tiskárny a dokonce inženýrsky navrhnout ve firmě své vlastní slitiny odvedené od jejich týmového metalurgického specialisty. Tyto činy jsou masivní samy o sobě, natož zbývající komplikace, které existují při navrhování raket.

Aditivní výroba mohla vyřešit téměř všechny existující problémy vesmírného průmyslu s výrobními linkami, eliminuje potřebu speciálních nástrojů, urychluje čas od nápadu k životaschopnému produktu a umožňuje Relativity space testovat a produkovat podstatně více iterací v kratším časovém období než jakýkoli jiný výrobce raket. Když mluvíme o průmyslu, který se zabývá miliony a často i miliardami cenného nákladu, tyto technologie potřebují být ověřené, pravdivé a testované. Navzdory těmto překážkám společnost získala největší množství předobjednávek jakéhokoli soukromého sektoru vesmírné společnosti v americké historii, což posiluje myšlenku 3D tisku a prokazuje, že investoři jsou připraveni na technologický pokrok ve vesmírném průmyslu, který Ellis a Noone představili.

Relativity Space 4g printer.

Objem vesmírného průmyslu

Dlouhodobým problémem vesmírné dopravy byla dostupnost, tato vysoká prahová hodnota zabránila menším národům spustit vesmírné programy. Bylo také předpokládáno, že vesmírná doprava by nikdy nebyla životaschopná v soukromém sektoru, dokud nebyla SpaceX a Blue Origin prokázána jako chybná. Relativity Space je nováčkem, který narušuje tento průmysl, aby splnil potřeby národů po celém světě. Jak naše poptávka po satelitech a raketových startech roste, poptávka po vesmírné dopravě roste exponenciálně. V současné době je vesmírný průmysl odhadován na 350 miliard dolarů a podle Morgan Stanley se očekává, že do roku 2040 vzroste na 1,1 bilion dolarů.

Téměř 50 % vesmírného průmyslu tvoří satelitní starty, uznávající to, soukromý sektor se zaměřil na více užitkový způsob, lépe přizpůsobený distribuci satelitů na nízké oběžné dráze. To je výhodné více než jedním způsobem, potřeba nákladu ve vesmíru roste a potřebujeme řešení, která jsou nejvhodnější pro přepravu velkých množství přes dlouhou vzdálenost na cizí planety. Pokud chceme terraformovat planetu, jako je Mars, budeme potřebovat 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 tištěno) 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 tištěno) se očekává, že bude mít náklad 44 000 liber. Terran 1 je lépe přizpůsoben pro mise na nízké oběžné dráze, zatímco Terran R má za cíl letět na Mars v roce 2024.

Relativity space

Relativity space vyrostla do společnosti s 4,2 miliardami dolarů a zajišťuje více než 1,3 milionu čtverečních stop výrobního prostoru v pozoruhodně krátké době. Společnost byla udělena několik patentů týkajících se jejích 3D tiskových technologií a dokonce i některých slitin. Společnost může tak učinit částečně díky plné interní výrobě, zatímco jiní výrobci raket se spoléhají na dodavatelské řetězce a externí výrobce. Relativity Space dělá vše sama ve svém 1 ze 4 skladů po celých Spojených státech. Nejen, že se jim podařilo přinést všechny nezbytné technologie do firmy, ale také se jim podařilo stát se čtvrtou společností v historii Cape Canaveral, která má vyhrazenou startovací rampu, mají také základnu na Vandenberg Air Force Base.

Proprietární technologie Relativity Space umožnily jim vyrobit nově navržené 3D tiskárny využívající plazmový obloukový výboj a laserové svařování s hliníkovými slitinami rychlostí 10″ za sekundu svařovacího drátu navrženého plně ve firmě. To jim umožnilo lépe sladit konečný produkt, aby vyhovoval jejich specifickým potřebám při dříve neslyšených rychlostech. Machine learning optimalizuje více fluidní návrh, ve mnoha případech produkuje 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 pro každou slitinu a využít algoritmy strojového učení, aby lépe upravili své programy, aby vyhovovaly specifické slitině použité pro proces. To jim umožnilo vypočítat a upravit podle potřeby, aby integrovaly ohýbání části do měření při jejím vytváření. Ellis uvádí, že po délce rakety tento algoritmus vedl k toleranci do 2 tisících palců. To je další příklad toho, jak strojové učení může prospět výrobě.

Zjednodušení raketového úkolu

V předchozích generacích raketového průzkumu byla redundance povinná pro každou jednotlivou rozhodnutí učiněná NASA. V případě potenciálního selhání každá část vyžadovala minimálně jednu záložní část. Toto myšlení lze vidět v inženýrských a výrobních rozhodnutích po celou dobu několika iterací 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 po celé Terran 1 a Terran T raketách, od jejich vstřikovacích trysek vyrobených z 1 jednotlivé části až po chladicí systémy expanzních komor tištěných přímo do zahřátých povrchů. Tyto zjednodušení vedla k více spolehlivým a nákladově efektivním částem, které lze prakticky vyrobit kdekoli, kam lze umístit tiskárnu. To také umožní snížit údržbu a prostoj kvůli nedostatku ručních požadavků na demontáž a opětovnou montáž části.