Ist Relativity Space die Raumfahrtindustrie neu gestaltend?

Während der letzten 62 Jahre hat die amerikanische Raumfahrtindustrie auf eine Weise in den Weltraum vorgedrungen, die schneller ist, als Menschen es sich jemals hätten vorstellen können, von unserem eigenen Mond bis zu entfernten Sonnensystemen und darüber hinaus. Aber was, wenn ich Ihnen sage, dass diese Industrie gerade eine technologische Revolution erlebt. Unternehmen wie Relativity Space und SpaceX sind Vorreiter einer der größten technologischen und industriellen Veränderungen, die die Industrie je erleben wird. In diesem Artikel werden wir erforschen, welche Technologien und Errungenschaften 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 seine Fähigkeit, sich hyper zu konzentrieren und mehrere Aufgaben gleichzeitig zu erledigen, durch seine Obsession mit Lego, so sehr, dass Tim noch immer einen permanent gebogenen Daumen an seiner rechten Hand hat, aufgrund der extremen Menge an Zeit und Aufwand, die er mit dem Bau von Lego verbracht hat.

Ellis begann an der University of Southern California, wo er ursprünglich vorhatte, als Drehbuchautor zu absolvieren und als Teil von USC’s Thematic Option-Programm zu studieren. Allerdings wechselte er während seiner Freshman-Orientation sein Hauptfach zu Luft- und Raumfahrttechnik. Ellis und Relativity’s anderen Mitgründer und CTO, Jordan Noone, hatten beide Führungspositionen im USC’s Rocket Propulsion Lab inne. Während ihrer Zeit im Rocket Propulsion Lab halfen Ellis und Noone bei der ersten studentischen Entwicklung und dem Bau einer Rakete, die in den Weltraum startete. Während seines Studiums an der USC hatte Ellis 3 Praktika bei Blue Origin und erhielt sowohl einen Bachelor of Science als auch einen Master of Science.

Nach seinem Abschluss arbeitete Ellis weiterhin Vollzeit bei Blue Origin für 5 Jahre, wobei er sich stark auf 3D-gedruckte Raketen-Technologien konzentrierte. Später war er als Entwicklungingenieur für die Entwicklung von Crew-Capsule-RCS-Triebwerken tätig. Er wurde später für die Einführung von 3D-Drucken bei Blue Origin creditsiert.

Die Ursprünge

Während Ellis und Noone ihre Zeit damit verbrachten, additive Fertigungstechnologien zu entwickeln, die speziell für die Raketenantriebstechnologie entwickelt wurden, erkannten sie die Tragweite dieser Technologien auf die Raumfahrtindustrie und entschieden sich für einen ambitionierteren Ansatz bei der Raketenherstellung.

Ellis und Noone gründeten Relativity Space Industries im Jahr 2015. Zunächst suchten sie 500.000 US-Dollar an Seed-Geldern, aber ohne echte Erfahrung in der Beschaffung von Start-up-Mitteln, entschied sich Ellis, Mark Cuban per E-Mail anzusprechen, offensichtlich war seine E-Mail überzeugend genug, um Mark dazu zu bringen, die volle Summe von 500.000 US-Dollar zu investieren. Innerhalb einer Woche, von der Idee, die auf einem Starbucks-Notizblock skizziert wurde, bis zur Sicherung der Finanzierung, begannen Ellis und Noone den wilden Ritt, der später zu einer einzigartigen Erfolgsgeschichte werden würde.

Ellis und Noone, die sich bemühten, mit dem Wachstum Schritt zu halten, erkannten später, dass die Finanzierung von Mark so schnell kam, dass sie tatsächlich nirgendwo einzahlten, um die Mittel zu deponieren. Mit den Mitteln an Bord und dem Ehrgeiz, jedes gegebene Ziel zu erreichen, begannen sie die monumentale Aufgabe, vollständig 3D-gedruckte Raketen zu erstellen. Bis heute hat Relativity Space erfolgreich 2,3 Milliarden US-Dollar in 4 Runden aufgebracht.

Additive Fertigung

Relativity Space stand nun vor der monumentalen Aufgabe, vollständig 3D-gedruckte Raketen zu erstellen, um die Produktion von Raketen zu verbessern, die Kosten zu senken und die Komplexität des Designs zu verringern. Ellis verstand, dass 3D-Drucker die Antwort auf diese Herausforderung waren, aufgrund ihrer Fähigkeit, Dinge einfacher und schneller zu erstellen als herkömmliche Fertigungsmethoden, und als Bonus war diese neue Technologie umweltfreundlicher und energieeffizienter.

Die Zeit bis zum Testen wurde in einigen Fällen um 10x reduziert. Zum Beispiel benötigten frühere Raketen-Generationen bis zu 10 Jahre, um von der Theorie zu einem funktionierenden Produkt zu gelangen, während Relativity Space Prototypen in weniger als 60 Tagen produzieren kann. Aber es war nicht so einfach, einen Metall-3D-Drucker zu kaufen und die Produktion zu starten, Relativity Space musste ihre eigenen 3D-Drucker herstellen und sogar ihre eigenen Legierungen aus den eigenen Metall-Spezialisten entwickeln. Diese Leistungen sind massive, ganz abgesehen von den verbleibenden Komplikationen, die bei der Entwicklung von Raketen bestehen.

Additive Fertigung stand im Begriff, fast alle bestehenden Probleme der Raumfahrtindustrie bei der Produktion zu lösen, sie eliminiert die Notwendigkeit spezieller Werkzeuge, beschleunigt die Zeit von der Idee zum funktionierenden Produkt und ermöglicht es Relativity Space, wesentlich mehr Iterationen in einem kürzeren Zeitraum zu testen und zu produzieren als jeder andere Raketenhersteller. Wenn man über eine Branche spricht, die mit Millionen und oft sogar Milliarden an wertvoller Fracht zu tun hat, müssen diese Technologien ausprobiert, bewährt und getestet werden. Trotz dieser Hindernisse hat das Unternehmen die größte Anzahl an Vorbestellungen von jeder privaten Raumfahrtgesellschaft in der amerikanischen Geschichte erhalten, was die Idee des 3D-Druckens stärkt und beweist, dass Investoren bereit sind für die technologischen Fortschritte in der Raumfahrtindustrie, die Ellis und Noone sich vorgestellt haben.

Relativity Space 4g-Drucker.

Raumfahrtindustrie-Volumen

Das langjährige Problem der Raumfahrt war die Kosten, diese hohe Schwelle hat verhindert, dass kleinere Nationen Raumfahrt-Programme starten. Es wurde auch angenommen, dass Raumfahrt nie in der privaten Wirtschaft rentabel sein würde, bis dies durch SpaceX und Blue Origin widerlegt wurde. Relativity Space ist ein Newcomer, der diese Industrie durcheinanderbringt, um den Bedürfnissen der 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 mit 350 Milliarden US-Dollar bewertet und laut Morgan Stanley wird sie bis 2040 auf 1,1 Billionen US-Dollar ansteigen.

Fast 50% der Raumfahrtindustrie sind Satellitenstarts, und in Anbetracht dessen hat sich die private Wirtschaft in eine utilitaristischere Richtung entwickelt, die besser für die Verteilung von Satelliten in niedriger Umlaufbahn geeignet ist. Dies ist auf mehrere Weise vorteilhaft, die Notwendigkeit von Fracht im Weltraum wächst, und wir benötigen Lösungen, die am besten für die Beförderung großer Mengen über lange Strecken zu fremden Planeten geeignet sind. Wenn wir einen Planeten wie den Mars terraformen wollen, müssen wir in der Lage sein, auf dem Planeten herzustellen und zu schaffen, wir können nicht erwarten, Fracht wie benötigt zu einem Monat entfernten Planeten zu transportieren.

Relativity Space konzentriert sich mit Terran 1 und Terran R stark auf die Bedürfnisse der Frachtverteilung. Terran 1 (85% 3D-gedruckt) wird eine Nutzlast von 2700 Pfund haben, dies wird hauptsächlich für informationsgewinnende Technologien an Bord verwendet, während sie testen und vorbereiten, Terran R im Jahr 2024 zu starten, Terran R (95% 3D-gedruckt) wird eine Nutzlast von 44.000 Pfund haben. Terran 1 ist besser für Missionen in niedriger Umlaufbahn geeignet, während Terran R das Ziel hat, 2024 zum Mars zu fliegen.

Relativity Space

Relativity Space ist zu einem Unternehmen herangewachsen, das eine Bewertung von 4,2 Milliarden US-Dollar aufweist und über 1,3 Millionen Quadratfuß an Produktionsfläche in einem bemerkenswert kurzen Zeitraum gesichert hat. Das Unternehmen hat mehrere Patente im Bereich der 3D-Druck-Technologien und sogar einige seiner Legierungen erhalten. Das Unternehmen kann dies tun, weil es die gesamte Fertigung inhouse durchführt, während andere Raketenhersteller auf Lieferketten und externe Hersteller angewiesen sind. Relativity Space tut dies alles auf eigene Faust in einem seiner 4 Lagerhäuser in den Vereinigten Staaten. Nicht nur haben sie es geschafft, alle notwendigen Technologien inhouse zu integrieren, sondern sie haben auch als viertes Unternehmen in der Geschichte von Cape Canaveral eine eigene Startplattform erhalten, sie haben auch eine Basis auf der Vandenberg Air Force Base.

Die proprietären Technologien von Relativity Space haben es ermöglicht, neu entwickelte 3D-Drucker herzustellen, die Plasma-Bogen-Entladung und Laserschweißen mit Aluminiumlegierungen mit einer Geschwindigkeit von 10 Zoll pro Sekunde des Schweißdrahts verwenden, das vollständig inhouse entwickelt wurde. Dies ermöglicht es ihnen, das Endprodukt besser an ihre spezifischen Bedürfnisse anzupassen, und zwar mit einer Geschwindigkeit, die noch nie zuvor gesehen wurde. Machine Learning optimiert ein flüssigeres Design, in vielen Fällen Teile produzierend, die sonst fast unmöglich herzustellen wären.

Ellis und sein Team mussten mehrere unvorhergesehene technische Herausforderungen lösen, wie z.B. Metall-Verformung. In diesem Fall kam das Team zu dem Schluss, dass der beste Ansatz darin bestand, die genauen Spezifikationen der Verformung zu erlernen, die jedem Legierungsinherenten sind, und die maschinellen Lernalgorithmen zu verwenden, um ihre Programme besser an die spezifische Legierung anzupassen, die für den Prozess verwendet wird. Dies ermöglichte es ihnen, die Verformung des Teils in die Messungen einzubeziehen, wenn sie es erstellten. Ellis erklärt, dass dies über die Länge der Rakete hinweg zu einer Toleranz von weniger als 2 Tausendstel Zoll geführt hat. Dies ist ein weiteres Beispiel dafür, wie maschinelles Lernen der Fertigung zugute kommen kann.

Vereinfachung raketen hoch auf der Prioritätenliste

In früheren Generationen der Raketen-Exploration war Redundanz für jede einzelne Entscheidung, die von der NASA getroffen wurde, obligatorisch. Für den Fall eines möglichen Versagens benötigte jedes Teil mindestens ein Ersatzteil. Diese Denkweise kann in den Ingenieur- und Fertigungsentscheidungen der verschiedenen NASA-Raketen-Generationen gesehen werden. Aber wo stehen wir, wenn das Ziel darin besteht, Teile zu reduzieren und die Herstellung von Raketen zu vereinfachen? Wie wird dies die Redundanz beeinflussen?

Im Fall von Relativity Space ist die Vereinfachung der Rakete für die Redundanz vorteilhaft. Die Reduzierung der Anzahl der Teile korreliert direkt mit der Erleichterung der Wartung und der Fähigkeit, Teile auf Anfrage zu ändern oder zu reparieren. Durch die Fortschritte im 3D-Druck und die verringerte Größe von Hochleistungsdruckern ist es jetzt möglich, 3D-Drucker an Bord von Flugzeugen in bemannten Flügen zu haben und möglicherweise auf kolonisierten Planeten stationiert zu werden.

Dies kann in der Terran 1- und Terran-R-Rakete gesehen werden, von den Einspritzdüsen, die aus einem einzelnen Teil hergestellt werden, bis hin zu den Expansionskammern-Kühlsystemen, die direkt in die beheizten Oberflächen gedruckt werden. Diese Vereinfachungen haben zu zuverlässigeren und kostengünstigeren Teilen geführt, die fast überall hergestellt werden können, wo man den Drucker unterbringen kann. Dies ermöglicht auch eine reduzierte Wartung und Ausfallzeit aufgrund der geringeren Anforderungen an manuelle Arbeit, um das Teil zu demontieren und wieder zusammenzubauen.