Er relativitetsrummet ved at omforme rumindustrien?

I løbet af de sidste 62 år har den amerikanske rumindustri konstrueret og udviklet sig vej ud i det ydre rum i en hastighed, der er hurtigere, end mennesker nogensinde kunne have forestillet sig, og nået efter vores egen måne hele vejen til fjerne solsystemer og videre. Men hvad nu hvis jeg fortalte dig, at denne industri er ved at opleve et paradigmeskifte inden for teknologier. Virksomheder som Relativity Space og SpaceX står i spidsen for et af de største skift inden for teknologi og fremstilling, som industrien nogensinde kan opleve. I denne artikel vil vi undersøge, hvilke teknologier og advents Relativity Space bruger til at erobre dette mål.

Hvem er Tim Ellis?

For bedre at forstå Tim Ellis er vi nødt til at se længere tilbage. Som ung anerkendte Tim sin evne til at hyperfokusere og multi-taske gennem sin besættelse af Lego, så meget, at Tim stadig har en permanent bøjet tommelfinger på sin højre hånd på grund af den ekstreme mængde tid og kræfter, der er brugt på at bygge Lego.

Ellis begyndte kl University of Southern California, hvor han planlagde at tage eksamen som manuskriptforfatter og studere som en del af USC's tematiske valgprogram. Men under sin førsteårsorientering skiftede han sin hovedfag til rumfartsteknik. Ellis og Relativitys anden medstifter og CTO, Jordan ingen, begge havde lederstillinger ved USC's Rocket Propulsion Lab. I løbet af deres tid i Rocket Propulsion Lab hjalp Ellis og Noone med at opsende den første elevdesignede og byggede raket ud i rummet. Mens han gik på USC, havde Ellis 3 praktikophold hos Blue Origin og opnåede både en Bachelor of Science og en Master of Science.

Efter endt uddannelse fortsatte Ellis med at arbejde på fuld tid hos Blue Origin i 5 år med stor fokus på 3D-trykt raketteknologier. Senere tjente han som fremdriftsudviklingsingeniør på besætningskapsel RCS thrustere. Han ville senere blive krediteret for at bringe 3D-print internt til blå oprindelse. 

Oprindelsen

Mens Ellis og Noone brugte deres tid på at udvikle additive fremstillingsteknologier, der er specielt designet til at hjælpe med raketfremdrift, erkendte de alvoren af ​​denne teknologis indvirkning på rumindustrien og besluttede at forfølge en mere ambitiøs tilgang til raketfremstilling. 

Ellis og Noone ville fortsætte med at lancere Relativity Space Industries i 2015. Oprindeligt forsøgte de at rejse $500,000 i startpenge, men uden reel erfaring med at skaffe midler til en start-up, gik Ellis ud på et ben og besluttede at e-maile Mark Cuban, åbenbart ville hans e-mail være overbevisende nok til at overbevise Mark om at investere hele $500,000. Over en uge fra idéen skitseret på en Starbucks-serviet til sikring af finansiering. Ellis og Noone ville begynde den vilde tur, der senere skulle blive en af ​​slagsen succeshistorie. 

Ellis og Noone, der kæmpede for at holde trit med vækstraten, ville senere erkende, at finansieringen fra Mark kom så hurtigt, at de faktisk ikke havde nogen steder at deponere midlerne. Med midlerne på plads og ambitionen om at erobre enhver given opgave, begyndte de den monumentale opgave at skabe fuldt 3D-printede raketter. Til dato har Relativity Space med succes rejst 2.3 milliarder dollars gennem 4 runder.

Additivfremstilling 

Relativitetsrummet stod nu over for den monumentale opgave at skabe fuldt 3d-printede raketter for bedre at fremme produktionen af ​​raketskibe, reducere omkostningerne og øge designets enkelhed. Ellis forstod, at 3D-printere var svaret på dette på grund af deres evne til at forenkle og skabe tingene hurtigere og billigere end tidligere værktøjsmetoder, og som en bonus var denne nye teknologi grønnere og mere energieffektiv.

Tiden til test blev i nogle tilfælde reduceret med 10x. for eksempel ville tidligere generationer af raketter tage op mod 10 år at gå fra teori til et levedygtigt produkt, og Relativity Space kan producere prototyper på mindre end 60 dage. Men det var ikke så enkelt som at købe en 3D-printer af metal og begynde produktionen, Relativity Space skulle fremstille deres egne 3D-printere og endda konstruere deres helt egne legeringer fra deres teams egen metalspecialist. Disse bedrifter er enorme i sig selv endsige de resterende komplikationer, der eksisterer, når man designer raketter. 

Additiv fremstilling stod til at løse næsten alle de eksisterende problemer i rumfartsindustrien med produktionslinjer, det eliminerer behovet for specialværktøj, fremskynder tiden fra idé til levedygtigt produkt og giver Relativity plads til at teste og producere væsentligt flere iterationer i en kortere periode end nogen anden raketproducent. Når du taler om en industri, der handler i millioner og ofte endda milliarder i værdifuld last, skal disse teknologier afprøves, sande og testes. På trods af disse forhindringer har virksomheden modtaget den største mængde forudbestillinger af enhver privat rumvirksomhed i amerikansk historie, hvilket styrker ideen om 3D-print og beviser, at investorer er klar til de teknologiske fremskridt i rumindustrien, som Ellis og Noone forestillede sig. . 

Rumindustriens volumen

Det langvarige problem med rumrejser har været overkommelighed, denne høje tærskel har forhindret mindre nationer i at lancere rumprogrammer. Det blev også antaget, at rumrejser aldrig ville være levedygtige i den private sektor, før det blev bevist forkert af SpaceX og Blue Origin. Relativity Space er en nykommer, der forstyrrer denne industri for at imødekomme behovene hos nationer over hele verden. Efterhånden som vores efterspørgsel efter satellitter og raketopsendelser stiger, vokser efterspørgslen efter rumrejser eksponentielt. I øjeblikket er rumindustrien vurderet til $350 milliarder dollars og ifølge Morgan Stanley forventes at vokse til 1.1 billioner dollars i året 2040. 

Næsten 50 % af rumindustrien er satellitopsendelser, idet den erkende, at den private sektor har styret sig selv på en mere utilitaristisk måde, der er bedre egnet til distribution af satellitter i lav kredsløb. Dette er gavnligt på mere end én måde, behovet for last i rummet vokser, og vi har brug for løsninger, der er bedst egnede til at transportere store mængder over en lang afstand til fremmede planeter. Hvis vi skal terraforme en planet som Mars, bliver vi nødt til at have evnen at fremstille og skabe på planeten, kan vi ikke forvente at sende fragt efter behov til en planet måned væk. 

Relativity Space, med Terran 1 og Terran R, fokuserer stærkt på behovene for lastfordeling. Terran 1 (85 % 3d-printet) vil have en nyttelast på 2700 lbs, denne vil være stærkt dedikeret til informationsindsamlingsteknologier ombord, mens de tester og forbereder lanceringen af ​​Terran R i 2024, Terran R (95 % 3d-printet) forventes at har en nyttelast på 44,000 lbs. Tarran 1 er bedre egnet til lave kredsløbsmissioner, hvor Terran R har som mål at flyve til Mars i 2024. 

Relativitetsrum

Relativitetsområdet er vokset til en virksomhed, der understøtter en 4.2 milliarder dollars værdiansættelse og sikre over 1.3 millioner kvadratmeter produktionsplads på en bemærkelsesværdig kort periode. Virksomheden har været meddelt flere patenter omkring dets 3d-printteknologier og endda nogle af dets legeringer. Virksomheden kan gøre det til dels på grund af den fulde egenproduktion, hvor andre raketproducenter er afhængige af forsyningskæder og eksterne producenter. Relativity Space gør alt dette på egen hånd i 1 af dets 4 varehuse spredt over hele USA. Ikke nok med at de har formået at bringe alle de nødvendige teknologier i hus, det er også lykkedes dem blive det fjerde selskab i Cape Canaverals historie for at have en dedikeret affyringsrampe, har de også en base på Vandenberg luftvåbenbase. 

Relativity Spaces proprietære teknologier har gjort det muligt for dem at fremstille nydesignede 3d-printere ved hjælp af plasmabueudladning og lasersvejsning med aluminiumslegeringer med en hastighed på 10″ pr. sekund af svejsetråd designet fuldt in-house. Dette har gjort dem i stand til bedre at tune slutproduktet, så det passer til deres specifikke behov ved aldrig før sete hastigheder. Machine learning optimerer et mere flydende design, der i mange tilfælde producerer dele, som ellers ville være næsten umulige at fremstille.

Ellis og hans team måtte løse adskillige uforudsete tekniske udfordringer såsom metalvridning. I dette tilfælde konkluderede holdet, at den bedste tilgang var at lære de nøjagtige specifikationer for vridning iboende for hver legering og bruge maskinlæringsalgoritmerne til bedre at justere deres programmer, så de passer til den specifikke legering, der bruges til processen. Dette gjorde det muligt for dem at beregne og justere i overensstemmelse hermed for at integrere delens vridning i målingerne, når de oprettede den. Ellis udtaler, at over rakettens længde har denne algoritme ført til en tolerance inden for 2 tusindedele af en tomme. Dette er endnu et eksempel på, hvordan maskinlæring kan gavne produktionen. 

Forenkling rykker op på prioriteringslisten

I tidligere generationer af raketudforskning var redundans obligatorisk for hver enkelt beslutning truffet af NASA. I tilfælde af en potentiel fejl skal hver del have mindst én reservedel. Denne tankegang kan ses i ingeniør- og fremstillingsbeslutningerne gennem de adskillige iterationer af NASA-raketter. Men hvor står vi, når målet er at reducere dele og forenkle fremstillingen af ​​raketter? Hvordan vil dette påvirke redundans?

I Relative Spaces tilfælde er forenklingen af ​​raketten gavnlig for redundans. Reduktionen i antallet af dele er direkte relateret til den nemme vedligeholdelse og muligheden for at skifte eller reparere dele efter behov. Med fremskridt inden for 3D-print og de reducerede størrelseskrav til højkvalitetsprintere er det nu muligt at have 3D-printere ombord på fly i bemandede flyvninger og potentielt være stationeret på koloniserede planeter.

Dette kan ses overalt i Terran 1 og Terran T raketterne, lige fra deres injektionsdyser produceret af 1 enkelt del til ekspansionskamrenes kølesystemer, der printes direkte ind i de opvarmede overflader. Disse oversimplifikationer har resulteret i mere pålidelige og omkostningseffektive dele, som praktisk talt kan laves stort set hvor som helst, de kan klare, så de passer til printeren. Dette vil også give mulighed for reduceret vedligeholdelse og nedetid på grund af manglen på praktiske krav til adskillelse og genmontering af delen.