Verändert der Relativitätsraum die Raumfahrtindustrie?

In den letzten 62 Jahren hat sich die amerikanische Raumfahrtindustrie mit einer Geschwindigkeit, die die Menschen sich jemals hätten vorstellen können, in den Weltraum vorgedrungen und dabei von unserem eigenen Mond bis zu entfernten Sonnensystemen und darüber hinaus nachgedacht. Aber was wäre, wenn ich Ihnen sagen würde, dass diese Branche vor einem technologischen Paradigmenwechsel steht? Unternehmen wie Relativity Space und SpaceX stehen an der Spitze einer der größten Veränderungen in Technologie und Fertigung, die die Branche jemals erleben wird. In diesem Artikel werden wir untersuchen, welche Technologien und Neuerungen Relativity Space nutzt, um dieses Ziel zu erreichen.

Wer ist Tim Ellis?

Um Tim Ellis besser zu verstehen, müssen wir weiter zurückblicken. Als junger Mann erkannte Tim durch seine Lego-Besessenheit seine Fähigkeit zur Hyperfokussierung und zum Multitasking, und zwar so sehr, dass Tim aufgrund des enormen Zeit- und Arbeitsaufwands, den er beim Bauen von Lego aufgewendet hat, immer noch einen dauerhaft gebogenen Daumen an seiner rechten Hand hat.

Ellis begann am University of Southern California, wo er seinen Abschluss als Drehbuchautor machen und im Rahmen des Thematic Option-Programms der USC studieren wollte. Während seines Erstsemesterstudiums wechselte er jedoch zu seinem Hauptfach auf Luft- und Raumfahrttechnik. Der andere Mitbegründer und CTO von Ellis and Relativity, Jordan NiemandBeide hatten Führungspositionen im Rocket Propulsion Lab der USC inne. Während ihrer Zeit im Rocket Propulsion Lab halfen Ellis und Noone dabei, die erste von Studenten entworfene und gebaute Rakete ins All zu bringen. Während seines Studiums an der USC absolvierte Ellis drei Praktika bei Blue Origin und erwarb sowohl einen Bachelor of Science als auch einen Master of Science.

Nach seinem Abschluss arbeitete Ellis noch fünf Jahre lang Vollzeit bei Blue Origin, wobei er sich vor allem auf die Bereiche konzentrierte 3D gedruckt Raketentechnologien. Später war er als Antriebsentwicklungsingenieur für RCS-Triebwerke für Mannschaftskapseln tätig. Später wurde ihm zugeschrieben, dass er den 3D-Druck intern bei Blue Origin eingeführt habe. 

Die Ursprünge

Während Ellis und Noone ihre Zeit damit verbrachten, additive Fertigungstechnologien zu entwickeln, die speziell zur Unterstützung des Raketenantriebs entwickelt wurden, erkannten sie die gravierenden Auswirkungen dieser Technologien auf die Raumfahrtindustrie und beschlossen, einen ehrgeizigeren Ansatz bei der Raketenherstellung zu verfolgen. 

Ellis und Noone gründeten 2015 Relativity Space Industries. Ursprünglich wollten sie 500,000 US-Dollar an Startkapital aufbringen, aber da Ellis keine wirkliche Erfahrung mit der Beschaffung von Geldern für ein Start-up hatte, wagte er es Ich beschloss, Mark Cuban eine E-Mail zu schicken, offensichtlich wäre seine E-Mail überzeugend genug, um Mark davon zu überzeugen, die vollen 500,000 US-Dollar zu investieren. Über eine Woche von der Idee, die auf einer Starbucks-Serviette skizziert wurde, bis zur Sicherung der Finanzierung. Ellis und Noone begannen den wilden Ritt, der später zu einer einzigartigen Erfolgsgeschichte werden sollte. 

Ellis und Noone, die sich bemühten, mit der Wachstumsrate Schritt zu halten, gaben später zu, dass die Finanzierung von Mark so schnell kam, dass sie tatsächlich nirgendwo eine Einzahlungsmöglichkeit hatten. Mit den nötigen Mitteln und dem Ehrgeiz, jede Aufgabe zu meistern, begannen sie mit der monumentalen Aufgabe, vollständig 3D-gedruckte Raketen herzustellen. Bisher hat Relativity Space in vier Runden erfolgreich 2.3 Milliarden Dollar eingesammelt.

Generative Fertigung 

Der Relativitätsraum stand nun vor der gewaltigen Aufgabe, vollständig 3D-gedruckte Raketen zu entwickeln, um die Produktion von Raketenschiffen voranzutreiben, die Kosten zu senken und die Einfachheit des Designs zu erhöhen. Ellis erkannte, dass 3D-Drucker die Antwort darauf waren, da sie Dinge einfacher und schneller und kostengünstiger als frühere Werkzeugmethoden herstellen konnten, und als Bonus war diese neue Technologie umweltfreundlicher und energieeffizienter.

Die Testzeit wurde in einigen Fällen um das Zehnfache verkürzt. Frühere Raketengenerationen brauchten beispielsweise mehr als 10 Jahre, um von der Theorie zu einem brauchbaren Produkt zu gelangen, und Relativity Space kann Prototypen in weniger als 10 Tagen herstellen. Aber es war nicht so einfach, einen Metall-60D-Drucker zu kaufen und mit der Produktion zu beginnen. Relativity Space musste seine eigenen 3D-Drucker herstellen und sogar eigene Legierungen entwickeln, die vom eigenen Metallspezialisten seines Teams stammten. Allein diese Leistungen sind gewaltig, ganz zu schweigen von den verbleibenden Komplikationen, die bei der Entwicklung von Raketen bestehen. 

Die additive Fertigung konnte nahezu alle bestehenden Probleme der Raumfahrtindustrie mit Produktionslinien lösen, sie macht Spezialwerkzeuge überflüssig, beschleunigt die Zeit von der Idee bis zum realisierbaren Produkt und ermöglicht es dem Relativitätsraum, wesentlich mehr Iterationen in kürzerer Zeit zu testen und zu produzieren als jeder andere Raketenhersteller. Wenn es um eine Branche geht, die wertvolle Fracht im Wert von Millionen und oft sogar Milliarden umschlägt, müssen diese Technologien erprobt und getestet sein. Trotz dieser Hindernisse hat das Unternehmen von allen Raumfahrtunternehmen des privaten Sektors in der amerikanischen Geschichte die größte Anzahl an Vorbestellungen erhalten, was die Idee des 3D-Drucks stärkt und beweist, dass Investoren für die technologischen Fortschritte in der Raumfahrtindustrie bereit sind, die sich Ellis und Noone vorgestellt hatten . 

Volumen der Raumfahrtindustrie

Das seit langem bestehende Problem bei der Raumfahrt ist die Erschwinglichkeit. Diese hohe Schwelle hat kleinere Nationen daran gehindert, Raumfahrtprogramme zu starten. Es wurde auch angenommen, dass Raumfahrt im privaten Sektor niemals realisierbar sein würde, bis SpaceX und Blue Origin das Gegenteil beweisen würden. Relativity Space ist ein Newcomer, der diese Branche revolutioniert, um den Bedürfnissen von Nationen auf der ganzen Welt gerecht zu werden. Da unsere Nachfrage nach Satelliten und Raketenstarts steigt, wächst die Nachfrage nach Raumfahrt exponentiell. Derzeit wird die Raumfahrtindustrie auf 350 Milliarden US-Dollar geschätzt Laut Morgan Stanley wird ein Wachstum auf 1.1 Billionen US-Dollar erwartet bis zum dem Jahr 2040. 

Nahezu 50 % der Raumfahrtindustrie sind Satellitenstarts. Der Privatsektor hat dies erkannt und sich auf eine eher utilitaristische Art und Weise orientiert, die besser für die Verteilung von Satelliten in niedrigen Umlaufbahnen geeignet ist. Dies ist in mehrfacher Hinsicht von Vorteil: Der Bedarf an Fracht im Weltraum wächst und wir brauchen Lösungen, die sich am besten für den Transport großer Mengen über weite Entfernungen zu fremden Planeten eignen. Wenn wir einen Planeten wie den Mars terraformieren wollen, müssen wir über die Fähigkeit dazu verfügen Um auf dem Planeten zu produzieren und zu erschaffen, können wir nicht damit rechnen, Fracht nach Bedarf einen Monat entfernt auf den Planeten zu transportieren. 

Relativity Space konzentriert sich mit Terran 1 und Terran R stark auf die Bedürfnisse der Frachtverteilung. Terran 1 (zu 85 % 3D-gedruckt) wird eine Nutzlast von 2700 Pfund haben. Dies wird stark auf die Informationserfassungstechnologien an Bord ausgerichtet sein, während Terran R im Jahr 2024 getestet und auf den Start vorbereitet wird. Terran R (95 % 3D-gedruckt) wird dies voraussichtlich tun haben eine Nutzlast von 44,000 Pfund. Tarran 1 eignet sich besser für Missionen in niedrigen Umlaufbahnen, während Terran R das Ziel hat, im Jahr 2024 zum Mars zu fliegen. 

Relativitätsraum

Relativity Space hat sich zu einem Unternehmen entwickelt, das a stärkt 4.2 Milliarden Dollar Bewertung und die Sicherung von über 1.3 Millionen Quadratmetern Produktionsfläche in bemerkenswert kurzer Zeit. Das Unternehmen war mehrere Patente erteilt rund um seine 3D-Drucktechnologien und sogar einige seiner Legierungen. Dies gelingt dem Unternehmen zum Teil durch die vollständige Eigenfertigung, während andere Raketenhersteller auf Lieferketten und externe Hersteller angewiesen sind. Relativity Space führt dies ganz allein in einem seiner vier Lagerhäuser in den Vereinigten Staaten durch. Sie haben es nicht nur geschafft, alle notwendigen Technologien ins Haus zu bringen, sie haben es auch geschafft Werden Sie das vierte Unternehmen in der Geschichte von Cape Canaveral Um eine eigene Startrampe zu haben, haben sie auch eine Basis auf dem Luftwaffenstützpunkt Vandenberg. 

Die proprietären Technologien von Relativity Space haben es ihnen ermöglicht, neu entwickelte 3D-Drucker herzustellen, die Plasmabogenentladung und Laserschweißen mit Aluminiumlegierungen mit einer Geschwindigkeit von 10 Zoll pro Sekunde Schweißdraht verwenden, der vollständig im eigenen Haus entwickelt wurde. Dies hat es ihnen ermöglicht, das Endprodukt in noch nie dagewesener Geschwindigkeit besser auf ihre spezifischen Bedürfnisse abzustimmen. Maschinelles Lernen optimiert ein flüssigeres Design, wodurch in vielen Fällen Teile entstehen, die sonst kaum herzustellen wären.

Ellis und sein Team mussten mehrere unvorhergesehene technische Herausforderungen wie Metallverwerfungen lösen. In diesem Fall kam das Team zu dem Schluss, dass der beste Ansatz darin bestehe, die genauen Verzugsspezifikationen jeder Legierung zu erlernen und die Algorithmen des maschinellen Lernens zu nutzen, um ihre Programme besser an die spezifische Legierung anzupassen, die für den Prozess verwendet wird. Dadurch konnten sie entsprechend berechnen und anpassen, um die Verformung des Teils bei der Erstellung in die Maße zu integrieren. Ellis gibt an, dass dieser Algorithmus über die Länge der Rakete zu einer Toleranz von weniger als zwei Tausendstel Zoll geführt hat. Dies ist ein weiteres Beispiel dafür, wie maschinelles Lernen der Fertigung zugute kommen kann. 

Vereinfachung steht ganz oben auf der Prioritätenliste

In früheren Generationen der Raketenforschung war Redundanz für jede einzelne Entscheidung der NASA obligatorisch. Im Falle eines möglichen Ausfalls muss für jedes Teil mindestens ein Ersatzteil vorhanden sein. Diese Denkweise spiegelt sich in den Konstruktions- und Fertigungsentscheidungen der verschiedenen Versionen der NASA-Raketen wider. Aber wo stehen wir, wenn das Ziel darin besteht, Teile zu reduzieren und die Herstellung von Raketen zu vereinfachen? Wie wirkt sich dies auf die Redundanz aus?

Im Fall von Relative Space wirkt sich die Vereinfachung der Rakete positiv auf die Redundanz aus. Die Reduzierung der Teileanzahl steht in direktem Zusammenhang mit der Wartungsfreundlichkeit und der Möglichkeit, Teile bei Bedarf auszutauschen oder zu reparieren. Aufgrund der Fortschritte im 3D-Druck und der geringeren Anforderungen an die Größe hochwertiger Drucker ist es nun möglich, 3D-Drucker in bemannten Flügen an Bord von Flugzeugen zu haben und möglicherweise auf kolonisierten Planeten zu stationieren.

Dies ist an den gesamten Terran-1- und Terran-T-Raketen zu erkennen, von den Einspritzdüsen, die aus einem Einzelteil gefertigt sind, bis hin zu den Kühlsystemen der Expansionskammern, die direkt in die beheizten Oberflächen eingedruckt sind. Diese übermäßigen Vereinfachungen haben zu zuverlässigeren und kostengünstigeren Teilen geführt, die praktisch überall dort hergestellt werden können, wo sie in den Drucker passen. Dies ermöglicht auch eine Reduzierung der Wartungs- und Ausfallzeiten, da für die Demontage und den erneuten Zusammenbau des Teils keine Handgriffe erforderlich sind.