Formt Relativity Space die Raumfahrtindustrie um?

In den vergangenen 62 Jahren hat die amerikanische Raumfahrtindustrie sich mit einer Geschwindigkeit entwickelt und in den Weltraum vorgedrungen, die Menschen nie für möglich gehalten hätten, von unserem eigenen Mond bis hin zu entfernten Sonnensystemen und darüber hinaus. Aber was, wenn ich Ihnen sage, dass diese Branche gerade einen Paradigmenwechsel in der Technologie erlebt. Unternehmen wie Relativity Space und SpaceX (SPCX ) sind Vorreiter eines der größten technologischen Umbrüche, den die Branche je erlebt hat. In diesem Artikel werden wir uns mit den Technologien und Errungenschaften auseinandersetzen, die 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 Dinge gleichzeitig zu tun, durch seine Obsession mit Lego, so sehr, dass Tim noch immer einen permanent gebogenen Daumen an seiner rechten Hand hat, weil er so viel Zeit und Mühe in das Bauen mit Lego investiert hat.

Ellis begann an der University of Southern California, wo er ursprünglich vorhatte, als Drehbuchautor zu absolvieren und im Rahmen des Thematic Option-Programms der USC zu studieren. Während seiner Freshman-Orientation wechselte er jedoch sein Hauptfach zu Luft- und Raumfahrttechnik. Ellis und Relativitys Mitgründer und CTO, Jordan Noone, hatten beide Führungspositionen im Rocket Propulsion Lab der USC inne. Während ihrer Zeit im Rocket Propulsion Lab halfen Ellis und Noone bei der Entwicklung und dem Start des ersten von Studenten entworfenen und gebauten Raketen in den Weltraum. Während seines Studiums an der USC hatte Ellis drei Praktika bei Blue Origin und erhielt sowohl einen Bachelor- als auch einen Master-Abschluss.

Nach seinem Abschluss arbeitete Ellis weiterhin Vollzeit bei Blue Origin, wobei er sich stark auf 3D-gedruckte Raketen-Technologien konzentrierte. Später war er als Entwicklungingenieur für die Entwicklung von Triebwerken für die Crew-Kapsel tätig. Er wurde später dafür anerkannt, dass er die 3D-Druck-Technologie bei Blue Origin eingeführt hat.

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 für 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 nach 500.000 US-Dollar an Startkapital, aber ohne Erfahrung in der Kapitalbeschaffung für Start-ups, entschied sich Ellis, Mark Cuban per E-Mail anzusprechen, und seine E-Mail war überzeugend genug, um Mark dazu zu bringen, das gesamte Startkapital von 500.000 US-Dollar zu investieren. Von der Idee, die auf einem Starbucks-Notizblock skizziert wurde, bis zur Sicherung der Finanzierung dauerte es nur eine Woche. Ellis und Noone begannen das wilde Abenteuer, das später zu einer einzigartigen Erfolgsgeschichte werden sollte.

Ellis und Noone, die sich bemühten, mit dem Wachstum Schritt zu halten, gaben später zu, dass die Finanzierung durch Mark so schnell kam, dass sie tatsächlich nirgendwo ein Konto hatten, um das Geld einzuzahlen. Mit den Mitteln und dem Ziel, jedes Problem zu meistern, begannen sie die monumentale Aufgabe, vollständig 3D-gedruckte Raketen herzustellen. Bis heute hat Relativity Space erfolgreich 2,3 Milliarden US-Dollar in vier Finanzierungsrunden aufgebracht.

Additive Fertigung

Relativity Space stand nun vor der monumentalen Aufgabe, vollständig 3D-gedruckte Raketen herzustellen, um die Produktion von Raketen zu verbessern, die Kosten zu senken und die Komplexität der Konstruktion zu reduzieren. Ellis verstand, dass 3D-Drucker die Antwort auf dieses Problem waren, da sie die Fähigkeit besitzen, Dinge schneller und billiger herzustellen als herkömmliche Fertigungsmethoden, und als Bonus ist diese neue Technologie auch umweltfreundlicher und energieeffizienter.

Die Zeit bis zum Testen wurde in einigen Fällen um das 10-fache 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 herstellen kann. Es war jedoch nicht so einfach, einen Metall-3D-Drucker zu kaufen und die Produktion zu beginnen, Relativity Space musste seine eigenen 3D-Drucker herstellen und sogar eigene Legierungen entwickeln, die von seinem Team von Metall-Spezialisten stammten. Diese Leistungen sind bereits für sich genommen massive, ganz zu schweigen von den verbleibenden Komplikationen, die bei der Konstruktion von Raketen bestehen.

Die additive Fertigung kann fast alle bestehenden Probleme der Raumfahrtindustrie bei der Produktion lösen, sie eliminiert die Notwendigkeit spezieller Werkzeuge, verkürzt die Zeit von der Idee zum funktionierenden Produkt und ermöglicht es Relativity Space, wesentlich mehr Iterationen in kürzerer Zeit zu testen und herzustellen als jeder andere Raketenhersteller. Wenn man von einer Branche spricht, die mit Millionen und oft sogar Milliarden Dollar an wertvoller Fracht zu tun hat, müssen diese Technologien ausprobiert, erprobt und getestet werden. Trotz dieser Hindernisse hat das Unternehmen die größte Anzahl an Vorbestellungen von privaten Raumfahrtunternehmen in der amerikanischen Geschichte erhalten, was die Idee des 3D-Druckens bestätigt und zeigt, 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 Privatwirtschaft rentabel sein würde, bis SpaceX und Blue Origin dies widerlegten. Relativity Space ist ein Neuling, der diese Branche durcheinanderbringt, 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 ist die Raumfahrtindustrie mit 350 Milliarden US-Dollar bewertet und laut Morgan Stanley (MS ) wird sie bis 2040 auf 1,1 Billionen US-Dollar anwachsen.

Fast 50 % der Raumfahrtindustrie sind Satellitenstarts, dies erkennend, hat sich die Privatwirtschaft in eine utilitaristischere Richtung entwickelt, die besser für die Verteilung von Satelliten in niedriger Umlaufbahn geeignet ist. Dies ist auf mehrere Weise vorteilhaft, der Bedarf an Fracht im Weltraum wächst und wir benötigen Lösungen, die für den Transport großer Mengen über weite 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 Monate entfernten Planeten zu schicken.

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 stark auf Informations- und Technologien an Bord konzentriert, während sie testen und sich auf den Start von Terran R im Jahr 2024 vorbereiten, 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-Technologie und sogar einige Legierungen erhalten. Das Unternehmen kann dies tun, weil es die gesamte Fertigung inhouse durchführt, während andere Raketenhersteller auf Zulieferer und externe Hersteller angewiesen sind. Relativity Space tut dies alles auf eigene Faust in einem seiner vier Lagerhäuser in den Vereinigten Staaten. Nicht nur haben sie es geschafft, alle notwendigen Technologien inhouse zu entwickeln, sondern sie haben auch das Recht auf einen eigenen Startplatz in Cape Canaveral erworben, sie haben auch eine Basis auf der Vandenberg Air Force Base.

Die proprietären Technologien von Relativity Space haben es dem Unternehmen 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, der vollständig inhouse entwickelt wurde. Dies ermöglicht es ihnen, das Endprodukt besser an ihre spezifischen Bedürfnisse anzupassen, als dies zuvor möglich war. 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. das Verformen von Metall. In diesem Fall kamen sie zu dem Schluss, dass der beste Ansatz darin bestand, die genauen Spezifikationen der Verformung zu erlernen, die jedem Legierungs-Typ innewohnt, und die Machine-Learning-Algorithmen zu verwenden, um ihre Programme besser an das spezifische Legierungs-Verfahren anzupassen. Dies ermöglichte es ihnen, die Verformung des Teils in die Messungen einzubeziehen, wenn sie es erstellten. Ellis sagt, dass dieser Algorithmus über die Länge der Rakete hinweg zu einer Toleranz von weniger als 2 Tausendstel eines Zolls geführt hat. Dies ist ein weiteres Beispiel dafür, wie Machine Learning der Fertigung zugute kommen kann.

Vereinfachung rückt in die Prioritätenliste auf

In früheren Generationen der Raketen-Exploration war Redundanz für jede Entscheidung, die von der NASA getroffen wurde, obligatorisch. Für den Fall eines möglichen Versagens musste jedes Teil mindestens ein Ersatzteil haben. Dieses Denken kann in den Ingenieur- und Fertigungsentscheidungen der verschiedenen NASA-Raketen-Generationen beobachtet werden. Aber wo stehen wir, wenn das Ziel darin besteht, die Anzahl der 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 von Vorteil. Die Reduzierung der Anzahl der Teile korreliert direkt mit der Wartungsfreundlichkeit und der Fähigkeit, Teile auf Anfrage zu ändern oder zu reparieren. Durch die Fortschritte im 3D-Druck und die geringere Größe der Anforderungen für hochwertige Drucker ist es jetzt möglich, 3D-Drucker an Bord von Flugzeugen bei bemannten Flügen und potenziell auf kolonisierten Planeten zu stationieren.

Dies kann in den Terran 1- und Terran-R-Raketen gesehen werden, von den Einspritzdüsen, die aus einem einzigen Teil hergestellt werden, bis hin zu den Expansionskammern, deren Kühlungssysteme 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 geringere Ausfallzeiten aufgrund der geringeren Anzahl an Handgriffen, die zum Demontieren und Wiederzusammenbauen der Teile erforderlich sind.