Er Relativity Space med til at forme rumindustrien?

I løbet af de sidste 62 år har den amerikanske rumindustri udviklet og konstrueret sin vej ud i verdensrummet i en hastighed, der er hurtigere, end mennesker kunne have forestillet sig, fra at nå vores egen måne til fjerne solsystemer og ud over. Men hvad hvis jeg fortalte dig, at denne industri er på vej til at opleve en paradigmeskift i teknologier. Virksomheder som Relativity Space og SpaceX (SPCX ) er i spidsen for en af de største skift i teknologi og produktion, som industrien måske nogensinde har oplevet. I denne artikel vil vi udforske, hvilke teknologier og opfindelser Relativity Space anvender for at opnå dette mål.

Hvem er Tim Ellis?

For bedre at forstå Tim Ellis, må vi se længere tilbage. Som ung mand erkendte Tim sin evne til at hyper-fokusere og multi-taske gennem sin besættelse af Lego, så meget, at Tim stadig har en permanent bøjet tommelfinger på sin højre hånd fra den ekstreme mængde tid og indsats, der blev brugt på at bygge med Lego.

Ellis begyndte på University of Southern California, hvor han havde planer om at afslutte som manuskriptforfatter og studere som en del af USC’s Thematic Option-program. Imidlertid skiftede han sin hovedfag til rumfartsingeniør under sin førsteårs-orientering. Ellis og Relativity’s anden medstifter og CTO, Jordan Noone, havde begge ledende stillinger på USC’s Rocket Propulsion Lab. Under deres tid på Rocket Propulsion Lab hjalp Ellis og Noone med at lancere den første studerende-designet og bygget raket op i rummet. Mens han gik på USC havde Ellis 3 praktikophold hos Blue Origin og fik både en bachelor- og en master-grad.

Efter afslutningen fortsatte Ellis med at arbejde fuldtid hos Blue Origin i 5 år, med stor fokus på 3D-printede raketteknologier. Senere fungerede han som udviklingsingeniør for besætningskapsel-RCS-thrusters. Han ville senere blive krediteret for at have bragt 3D-printning indenfor Blue Origin.

Oprindelsen

Mens Ellis og Noone tilbragte deres tid med at udvikle additiv produktionsteknologi, der specifikt var designet til at hjælpe med raketteknologi, erkendte de vægten af denne teknologis indvirkning på rumindustrien og besluttede at følge en mere ambitiøs tilgang til raketteknologi.

Ellis og Noone ville gå videre og lancere Relativity Space Industries i 2015. Til at begynde med søger de at rejse 500.000 dollars i seed-penge, men uden nogen reel erfaring i at rejse penge til en startup, gik Ellis ud på en limb og besluttede at sende en kold e-mail til Mark Cuban, åbenbart var hans e-mail tilstrækkeligt overbevisende til at overbevise Mark om at investere de fulde 500.000 dollars. Fra idéen, der blev skitseret på en Starbucks-napkin, til at sikre finansiering, ville Ellis og Noone begynde den vilde tur, der senere ville blive en enestående succeshistorie.

Ellis og Noone, der kæmpede for at følge med vækstraten, ville senere erkende, at finansieringen fra Mark kom så hurtigt, at de faktisk ikke havde noget sted at indsætte pengene. Med pengene på plads og ambitionen om at erobre ethvert givet mål, begyndte de det monumentale arbejde med at skabe fuldt ud 3D-printede raketter. Indtil videre har Relativity Space succesfuldt rejst 2,3 milliarder dollars gennem 4 runder.

Additiv produktion

Relativity Space stod over for det monumentale arbejde med at skabe fuldt ud 3D-printede raketter for bedre at fremme produktionen af raketfartøjer, reducere omkostningerne og øge simpliciteten i design. Ellis forstod, at 3D-printere var svaret på dette på grund af deres evne til at simplificere og skabe ting hurtigere og billigere end tidligere værktøjsmetoder, og som en bonus var denne nye teknologi grønnere og mere energibesparende.

Tiden til testning blev reduceret med op til 10 gange. For eksempel ville tidligere generationer af raketter tage op til 10 år at gå fra teori til et brugbart produkt, og Relativity Space kan producere prototyper på under 60 dage. Men det var ikke så enkelt som at købe en metal 3D-printer og begynde produktionen, Relativity Space måtte selv fremstille deres egne 3D-printere og endda udvikle deres egne legeringer, der blev fremstillet af deres eget metal-specialist. Disse bedrifter er massive i sig selv, og det er ikke medregnet de resterende komplikationer, der findes, når man designer raketter.

Additiv produktion stod til at løse næsten alle eksisterende problemer i rumindustrien med produktionslinjer, det eliminerer behovet for specialværktøj, reducerer tiden fra idé til brugbart produkt og giver Relativity Space mulighed for at teste og producere betydeligt flere iterationer på en kortere periode end nogen anden raketteproducent. Når man taler om en industri, der handler med millioner og ofte endda milliarder i værdifuld last, skal disse teknologier være afprøvet, sande og testet. Trods disse hindringer har virksomheden modtaget den største mængde forudbestillinger af nogen privat sektor rumvirksomhed i amerikansk historie, hvilket støtter idéen om 3D-printning og viser, at investorer er klar til de teknologiske fremskridt i rumindustrien, som Ellis og Noone forestillede sig.

Relativity Space 4g-printer.

Rumindustriens volumen

Det langvarige problem med rumrejser har været prisvenlighed, denne høje tærskel har forhindret mindre nationer i at lancere rumprogrammer. Det blev også antaget, at rumrejser aldrig ville være profitable i den private sektor, før det blev beviset forkert af SpaceX og Blue Origin. Relativity Space er en nykommer, der er med til at ændre denne industri for at møde behovene hos nationer verden over. Da vores efterspørgsel på satellitter og raketaffyringer øger, vokser efterspørgslen på rumrejser eksponentielt. For øjeblikket er rumindustrien vurderet til 350 milliarder dollars og ifølge Morgan Stanley forventes at vokse til 1,1 billion (MS ) i år 2040.

Næsten 50% af rumindustrien består af satellitafløb, og dette har ført til, at den private sektor har rettet sig mod en mere nyttig tilgang, der bedre er egnet til distributionen af satellitter i lav orbit. Dette er fordelagtigt på mere end én måde, behovet for last i rummet er voksende, og vi har brug for løsninger, der er bedst egnet til at transportere store mængder over lange afstande til fremmede planeter. Hvis vi skal terraformere en planet som Mars, har vi brug for at kunne producere og skabe på planeten, vi kan ikke forvente at sende last, som det er nødvendigt, til en planet, der er måneder væk.

Relativity Space, med Terran 1 og Terran R, fokuserer stærkt på behovene for lastdistribution. Terran 1 (85% 3D-printet) vil have en last på 2700 pund, dette vil være hovedsageligt dedikeret til informationsindsamlingsteknologier om bord, da de tester og forbereder sig på at lancere Terran R i 2024, Terran R (95% 3D-printet) forventes at have en last på 44.000 pund. Terran 1 er bedre egnet til lavt orbit-missioner, mens Terran R har målet at flyve til Mars i 2024.

Relativity Space

Relativity Space er vokset til en virksomhed med en vurdering på 4,2 milliarder dollars og har sikret over 1,3 millioner kvadratfod af produktionsareal på en bemærkelsesværdigt kort tid. Virksomheden har fået tildelt flere patenter omkring deres 3D-print-teknologier og endda nogle af deres legeringer. Virksomheden kan gøre dette takket være den fulde indenfor-produktion, hvor andre raketteproducenter afhænger af forsyningskæder og eksterne producenter. Relativity Space gør dette hele på egen hånd på 1 af deres 4 lagerbygninger, der er spredt ud over USA. Ikke kun har de formået at bringe alle nødvendige teknologier indenfor, men de har også formået at blive den fjerde virksomhed i Cape Canaveral’s historie med en dedikeret affyringsrampe, de har også en base på Vandenberg Air Force Base.

Relativity Space’s proprietære teknologier har gjort det muligt for dem at fremstille nyt designet 3D-printere, der anvender plasma-bue-udladning og laser-svejsning med aluminium-legeringer i en hastighed på 10 tommer pr. sekund af svejsetråd, der er fuldstændigt designet indenfor. Dette har gjort det muligt for dem at bedre tilpasse slutproduktet til deres specifikke behov på en hastighed, der ikke er set før. Maskinlæring optimerer en mere flydende design, i mange tilfælde producerer dele, der ellers ville være næsten umulige at fremstille.

Ellis og hans team måtte løse flere uventede tekniske udfordringer, såsom metal-forvridning. I dette tilfælde konkluderede teamet, at den bedste tilgang var at lære de præcise specifikationer for forvridning, der er intrinsic for hver legering, og anvende maskinlæring-algoritmerne til bedre at tilpasse deres programmer til den specifikke legering, der blev anvendt i processen. Dette gjorde det muligt for dem at beregne og tilpasse derefter til at integrere forvridningen af delen i målinger, da de skabte den. Ellis siger, at over længden af raketten har denne algoritme ført til en tolerance på inden for 2 tusindedele af en tomme. Dette er endnu et eksempel på, hvordan maskinlæring kan være til fordel for produktion.

Simplificering stiger på prioriteringslisten

I tidligere generationer af raketteksploration var redundans obligatorisk for hver enkelt beslutning, der blev truffet af NASA. I tilfælde af en potentiel fejl krævede hver del mindst én reserve-del. Denne tankegang kan ses i ingeniør- og produktionsbeslutningerne gennem de flere iterationer af NASA-raketter. Men hvor står vi, når målet er at reducere antallet af dele og simplificere produktionen af raketter? Hvordan vil dette påvirke redundans?

I Relative Space’s tilfælde er simplificeringen af raketten fordelagtig for redundans. Reduktionen i antallet af dele korrelerer direkte med letten af vedligeholdelse og evnen til at ændre eller reparere dele påkrævet. Med fremskridt i 3D-printning og den reducerede størrelseskrav til højkvalitetsprintere er det nu muligt at have 3D-printere om bord på fly i bemandede flyvninger og potentielt kan være stationeret på koloniserede planeter.

Dette kan ses i Terran 1- og Terran T-raketterne, fra deres injektionsdyser, der er produceret fra 1 enkelt del, til udvidelseskamrene, der er trykt direkte ind i de varme overflader. Disse oversimplificeringer har resulteret i mere pålidelige og omkostningseffektive dele, der kan produceres næsten overalt, hvor de kan få plads til printeren. Dette vil også tillade reduceret vedligeholdelse og downtime på grund af manglen på hånd-krævende krav til at demontere og samle delen igen.