Είναι η Relativity Space σε Διαδικασία Αναμόρφωσης του Διαστημικού Τομέα;

Κατά τη διάρκεια των τελευταίων 62 ετών, η αμερικανική διαστημική βιομηχανία έχει φτάσει στο διάστημα μέσα από τον σχεδιασμό και την ανάπτυξη τεχνολογιών με ρυθμό ταχύτερο από ότι οι άνθρωποι θα μπορούσαν ποτέ να φανταστούν, φθάνοντας μέχρι το δικό μας φεγγάρι και ακόμη πιο μακριά σε μακρινά ηλιακά συστήματα και πέρα. Αλλά τι θα λέγατε αν σας έλεγα ότι αυτός ο τομέας βρίσκεται στο σημείο να ζήσει μια μετατόπιση παραδείγματος στις τεχνολογίες. Εταιρείες όπως η Relativity Space και η SpaceX (SPCX ) είναι στην πρώτη γραμμή μιας από τις μεγαλύτερες αλλαγές στην τεχνολογία και στις μεθόδους κατασκευής που ο τομέας μπορεί να ζήσει. Σε αυτό το άρθρο, θα εξετάσουμε ποιες τεχνολογίες και επιτεύγματα χρησιμοποιεί η Relativity Space για να πετύχει αυτόν τον στόχο.

Ποιος είναι ο Tim Ellis;

Για να κατανοήσουμε καλύτερα τον Tim Ellis, πρέπει να κοιτάξουμε πιο πίσω. Ως νέος άνθρωπος, ο Ellis αναγνώρισε την ικανότητά του να συγκεντρώνεται απόλυτα και να εκτελεί πολλές εργασίες ταυτόχρονα μέσω της εμμονής του με τα Lego, τόσο πολύ που ο Ellis έχει ακόμη έναν μόνιμα λυγισμένο αντίχειρα στο δεξί χέρι του από τον ακραίο χρόνο και την προσπάθεια που αφιέρωσε στην κατασκευή με Lego.

Ο Ellis ξεκίνησε στο Πανεπιστήμιο της Νότιας Καλιφόρνιας, όπου σχεδίαζε να αποφοιτήσει ως σεναριογράφος και να σπουδάσει ως μέρος του προγράμματος Thematic Option του USC. Ωστόσο, κατά τη διάρκεια της ενημέρωσης των πρωτοετών, άλλαξε την κατεύθυνση σπουδών του στην αεροδιαστημική μηχανική. Ο Ellis και ο συνιδρυτής της Relativity και ο τεχνικός διευθυντής, Jordan Noone, και οι δύο κατείχαν ηγετικές θέσεις στο Εργαστήριο Πυραυλικής Πρόωσης του USC. Κατά τη διάρκεια της θητείας τους στο Εργαστήριο Πυραυλικής Πρόωσης, ο Ellis και ο Noone βοήθησαν στην εκτόξευση του πρώτου πυραύλου που σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε από φοιτητές στο διάστημα. Ενώ φοιτούσε στο USC, ο Ellis είχε 3 πρακτικές ασκήσεις με την Blue Origin και απέκτησε τόσο πτυχίο όσο και μεταπτυχιακό.

Μετά την αποφοίτησή του, ο Ellis συνέχισε να εργάζεται με πλήρη απασχόληση στην την Blue Origin για 5 χρόνια, εστιάζοντας ιδιαίτερα στις 3D εκτυπωμένες τεχνολογίες πυραύλων. Αργότερα, υπηρέτησε ως μηχανικός ανάπτυξης πρόωσης στους προωθητήρες του συστήματος ελέγχου αντίδρασης (RCS) της κάψουλας πληρώματος. Θα πιστωθεί αργότερα για την εισαγωγή της 3D εκτύπωσης στο εσωτερικό της Blue Origin.

Οι απαρχές

Καθώς ο Ellis και ο Noone αφιέρωναν χρόνο αναπτύσσοντας τεχνολογίες προσθετικής κατασκευής που σχεδιάστηκαν ειδικά για να βοηθήσουν την πρόωση πυραύλων, αναγνώρισαν τη βαρύτητα της επιρροής αυτών των τεχνολογιών στον διαστημικό τομέα και αποφάσισαν να ακολουθήσουν μια πιο φιλόδοξη προσέγγιση στην κατασκευή πυραύλων.

Ο Ellis και ο Noone στη συνέχεια ίδρυσαν τη Relativity Space Industries το 2015. Αρχικά, ζήτησαν να συγκεντρώσουν 500.000 δολάρια σε αρχικό κεφάλαιο, αλλά χωρίς πραγματική εμπειρία στη συγκέντρωση κεφαλαίων για μια εταιρεία, ο Ellis πήρε ένα ρίσκο και αποφάσισε να στείλει ένα μη προγραμματισμένο email πρώτης επαφής στον Mark Cuban, φανερά το email του θα ήταν αρκετά πειστικό για να πείσει τον Mark να επενδύσει τα πλήρη 500.000 δολάρια. Σε διάστημα μιας εβδομάδας από την ιδέα που σχεδιάστηκε σε μια χαρτοπετσέτα των Starbucks (SBUX ) μέχρι την εξασφάλιση της χρηματοδότησης. Ο Ellis και ο Noone θα ξεκινούσαν το άγριο ταξίδι που θα γινόταν αργότερα μια ιστορία επιτυχίας.

Ο Ellis και ο Noone, αγωνιζόμενοι να ακολουθήσουν τον ρυθμό της ανάπτυξης, θα αναγνώριζαν αργότερα ότι η χρηματοδότηση από τον Mark ήρθε τόσο γρήγορα που στην πραγματικότητα δεν είχαν πουθενά να καταθέσουν τα κεφάλαια. Με τα κεφάλαια στη θέση τους και την φιλοδοξία να αντεπεξέλθουν σε οποιαδήποτε πρόκληση, άρχισαν το τεράστιο έργο της δημιουργίας πλήρως 3D-εκτυπωμένων πυραύλων. Μέχρι σήμερα, η Relativity Space έχει συγκεντρώσει επιτυχώς 2,3 δισεκατομμύρια δολάρια σε 4 γύρους.

Προσθετική κατασκευή

Η Relativity Space αντιμετώπισε τώρα το τεράστιο έργο να δημιουργήσει πλήρως 3D-εκτυπωμένους πυραύλους για να βελτιώσει την παραγωγή των πυραύλων, να μειώσει το κόστος και να αυξήσει την απλότητα του σχεδιασμού. Ο Ellis κατανόησε ότι οι 3D εκτυπωτές ήταν η απάντηση σε αυτό λόγω της ικανότητάς τους να απλοποιούν και να δημιουργούν πράγματα γρηγορότερα και φθηνότερα από τις προηγούμενες μεθόδους κατασκευής με εργαλεία, και ως μπόνους, αυτή η νέα τεχνολογία ήταν πιο φιλική προς το περιβάλλον και ενεργειακά αποδοτική.

Ο χρόνος μέχρι τις δοκιμές μειώθηκε σε ορισμένες περιπτώσεις κατά 10 φορές. Για παράδειγμα, οι προηγούμενες γενιές πυραύλων θα χρειάζονταν πάνω από 10 χρόνια για να περάσουν από τη θεωρία σε ένα εφικτό προϊόν, και η Relativity Space μπορεί να παράγει πρωτότυπα σε λιγότερο από 60 ημέρες. Αλλά δεν ήταν τόσο απλό όσο η αγορά ενός 3D εκτυπωτή μετάλλων και η έναρξη της παραγωγής, η Relativity Space έπρεπε να κατασκευάσει τους δικούς της 3D εκτυπωτές και ακόμη και να σχεδιάσει εσωτερικά τα δικά τους κράματα που προέρχονται από τους ειδικούς μετάλλων της ομάδας. Αυτά τα κατορθώματα είναι τεράστια από μόνα τους, πόσο μάλλον αν συνυπολογιστούν οι υπόλοιπες δυσκολίες του σχεδιασμού πυραύλων.

Η προσθετική κατασκευή μπορούσε να επιλύσει σχεδόν όλα τα υπάρχοντα προβλήματα του διαστημικού τομέα με τις γραμμές παραγωγής, εξαλείφει την ανάγκη για ειδικά εργαλεία, επιταχύνει τον χρόνο από την ιδέα στο εφικτό προϊόν και επιτρέπει στην Relativity Space να δοκιμάσει και να παράγει σημαντικά περισσότερες επαναλήψεις σε μικρότερο χρονικό διάστημα από οποιοδήποτε άλλο κατασκευαστή πυραύλων. Όταν μιλάμε για έναν τομέα που διαχειρίζεται πολύτιμα φορτία αξίας εκατομμυρίων, συχνά ακόμη και δισεκατομμυρίων, αυτές οι τεχνολογίες πρέπει να είναι αποδεδειγμένα αξιόπιστες και δοκιμασμένες. Παρά αυτές τις δυσκολίες, η εταιρεία έχει λάβει την μεγαλύτερη ποσότητα προπαραγγελιών από οποιαδήποτε ιδιωτική εταιρεία διαστήματος στην αμερικανική ιστορία, ενισχύοντας την ιδέα της 3D εκτύπωσης και αποδεικνύοντας ότι οι επενδυτές είναι έτοιμοι για τις τεχνολογικές προόδους στον διαστημικό τομέα που ο Ellis και ο Noone οραματίστηκαν.

Relativity Space 4g εκτυπωτής.

Μέγεθος του διαστημικού τομέα

Το μακροχρόνιο ζήτημα με τα διαστημικά ταξίδια ήταν η οικονομική προσιτότητα, αυτό το υψηλό όριο έχει εμποδίσει λιγότερο ισχυρές χώρες από το να ξεκινήσουν προγράμματα διαστήματος. Θεωρούνταν επίσης ότι τα διαστημικά ταξίδια δεν θα ήταν βιώσιμα στον ιδιωτικό τομέα μέχρι να αποδειχθεί λανθασμένο από την SpaceX και την Blue Origin. Η Relativity Space είναι μια νεοεισερχόμενη εταιρεία που ανατρέπει τα δεδομένα σε αυτόν τον τομέα για να ικανοποιήσει τις ανάγκες των εθνών σε όλο τον κόσμο. Όσο αυξάνεται η ζήτηση για δορυφόρους και εκτοξεύσεις πυραύλων, η ζήτηση για διαστημικά ταξίδια αυξάνεται εκθετικά. Επί του παρόντος, ο διαστημικός τομέας αποτιμάται σε 350 δισεκατομμύρια δολάρια και σύμφωνα με την Morgan Stanley αναμένεται να φτάσει τα 1,1 τρισεκατομμύρια (MS ) δολάρια μέχρι το 2040.

Περίπου το 50% του διαστημικού τομέα είναι εκτοξεύσεις δορυφόρων, αναγνωρίζοντας αυτό, ο ιδιωτικός τομέας έχει κατευθυνθεί σε μια πιο χρηστική μορφή που είναι καλύτερα προσαρμοσμένη στην διανομή δορυφόρων σε χαμηλή τροχιά. Αυτό είναι ωφέλιμο με περισσότερους από έναν τρόπους, η ανάγκη για φορτίο στο διάστημα αυξάνεται και χρειαζόμαστε λύσεις που είναι καλύτερα προσαρμοσμένες στην διανομή μεγάλων ποσοτήτων σε μακρινές αποστάσεις σε ξένους πλανήτες. Αν πρόκειται να διαμορφώσουμε συνθήκες παρόμοιες με της Γης σε έναν πλανήτη όπως ο Άρης, θα χρειαζόμαστε να έχουμε την ικανότητα να κατασκευάζουμε και να δημιουργούμε στον πλανήτη, δεν μπορούμε να περιμένουμε να στείλουμε φορτίο όπως χρειαζόμαστε σε έναν πλανήτη που είναι μήνες μακριά.

Η Relativity Space, με τον Terran 1 και τον Terran R, εστιάζει έντονα στις ανάγκες διανομής φορτίου. Ο Terran 1 (85% 3D εκτυπωμένος) θα έχει ωφέλιμο φορτίο 2.700 λιβρών, αυτό θα είναι αφιερωμένο σε τεχνολογίες συλλογής πληροφοριών επί του πυραύλου, καθώς δοκιμάζουν και προετοιμάζονται για την εκτόξευση του Terran R το 2024, ο Terran R (95% 3D εκτυπωμένος) αναμένεται να έχει ωφέλιμο φορτίο 44.000 λιβρών. Ο Terran 1 είναι καλύτερα προσαρμοσμένος σε αποστολές χαμηλής τροχιάς, με τον Terran R να έχει ως στόχο να πετάξει στον Άρη το 2024.

Relativity space

Η Relativity Space έχει μεγαλώσει σε μια εταιρεία που διαθέτει αποτίμηση 4,2 δισεκατομμυρίων δολαρίων και έχει εξασφαλίσει πάνω από 1,3 εκατομμύρια τετραγωνικά πόδια χώρου κατασκευής σε ένα αξιοσημείωτα σύντομο χρονικό διάστημα. Στην εταιρεία έχουν χορηγηθεί πολλά διπλώματα ευρεσιτεχνίας που αφορούν τις τεχνολογίες 3D εκτύπωσης και ακόμη και κάποια από τα κράματα τους. Η εταιρεία μπορεί να το κάνει αυτό εν μέρει λόγω της πλήρους εσωτερικής κατασκευής, όπου άλλοι κατασκευαστές πυραύλων εξαρτώνται από αλυσίδες εφοδιασμού και εξωτερικούς κατασκευαστές. Η Relativity Space τα κάνει όλα αυτά μόνη της σε μία από τις 4 εγκαταστάσεις της που διασκορπίζονται σε όλη την Αμερική. Όχι μόνο έχουν καταφέρει να φέρουν όλες τις απαραίτητες τεχνολογίες στο εσωτερικό αλλά έχουν επίσης καταφέρει να γίνουν η τέταρτη εταιρεία στην ιστορία του Cape Canaveral να έχει μια αποκλειστική εξέδρα εκτόξευσης, έχουν επίσης μια βάση στη βάση αεροπορίας Vandenberg.

Οι ιδιοκτητικές τεχνολογίες της Relativity Space τους έχουν επιτρέψει να κατασκευάσουν 3D εκτυπωτές νέου σχεδιασμού που χρησιμοποιούν εκκένωση τόξου πλάσματος και συγκόλληση με λέιζερ κραμάτων αλουμινίου, με ρυθμό τροφοδοσίας σύρματος συγκόλλησης 10 ιντσών ανά δευτερόλεπτο που σχεδιάστηκε πλήρως στο εσωτερικό. Αυτό τους έχει επιτρέψει να βελτιώσουν καλύτερα το τελικό προϊόν για να ταιριάζει στις συγκεκριμένες τους ανάγκες σε ρυθμούς που δεν έχουν προηγουμένως φανεί.Η μηχανική μάθηση βελτιώνει ένα πιο ρευστό σχέδιο, σε πολλές περιπτώσεις παράγοντας μέρη που αλλιώς θα ήταν σχεδόν αδύνατο να κατασκευαστούν.

Ο Ellis και η ομάδα του έπρεπε να λύσουν πολλά απρόβλεπτα τεχνικά προβλήματα όπως η παραμόρφωση μετάλλων. Σε αυτή την περίπτωση, η ομάδα κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η καλύτερη προσέγγιση ήταν να μάθουν τις ακριβείς προδιαγραφές της παραμόρφωσης που είναι εγγενής σε κάθε κράμα και να χρησιμοποιήσουν τους αλγορίθμους μηχανικής μάθησης για να βελτιώσουν τα προγράμματά τους για να ταιριάζουν στο συγκεκριμένο κράμα που χρησιμοποιείται για τη διαδικασία. Αυτό τους επέτρεψε να υπολογίσουν και να προσαρμόσουν αντίστοιχα για να ενσωματώσουν την παραμόρφωση του μέρους στις μετρήσεις κατά τη δημιουργία του. Ο Ellis δηλώνει ότι κατά μήκος του μήκους του πυραύλου, αυτός ο αλγόριθμος έχει οδηγήσει σε μια ανοχή εντός 2 χιλιοστών της ίντσας. Αυτό είναι ακόμη ένα παράδειγμα του πώς η μηχανική μάθηση μπορεί να ωφελήσει την κατασκευή.

Απλοποίηση που ανεβαίνει στην λίστα προτεραιότητας

Στις προηγούμενες γενιές της εξερεύνησης πυραύλων, ο πλεονασμός ασφαλείας ήταν υποχρεωτική για κάθε απόφαση που έλαβε η NASA. Σε περίπτωση πιθανής αποτυχίας, κάθε μέρος απαιτούσε να έχει τουλάχιστον ένα ανταλλακτικό μέρος. Αυτή η σκέψη μπορεί να φανεί στην μηχανική και τις αποφάσεις κατασκευής κατά τις διάφορες εκδόσεις πυραύλων της NASA. Αλλά πού βρισκόμαστε όταν ο στόχος είναι να μειωθεί ο αριθμός εξαρτημάτων και να απλοποιηθεί την κατασκευή πυραύλων; Πώς θα επηρεάσει αυτό τον πλεονασμό ασφαλείας;

Στην περίπτωση της Relativity Space, η απλοποίηση του πυραύλου είναι ωφέλιμη για τον πλεονασμό ασφαλείας. Η μείωση του αριθμού των μερών συσχετίζεται άμεσα με την ευκολία συντήρησης και την ικανότητα να αλλάξει ή να επιδιορθώσει μέρη κατόπιν ζήτησης. Με τις προόδους στην 3D εκτύπωση και τη μείωση των απαιτήσεων μεγέθους για υψηλής ποιότητας εκτυπωτές, είναι τώρα δυνατό να υπάρχουν 3D εκτυπωτές πάνω σε αεροσκάφη σε πτήσεις με πλήρωμα και δυνητικά να σταθμεύουν σε αποικισμένους πλανήτες.

Αυτό μπορεί να φανεί σε όλη τη διάρκεια των πυραύλων Terran 1 και Terran T, από τα ακροφύσια έγχυσης που παράγονται από 1 μόνο μέρος μέχρι τα συστήματα ψύξης των θαλάμων επέκτασης που εκτυπώνονται απευθείας στις θερμές επιφάνειες. Αυτές οι απλοποιήσεις έχουν οδηγήσει σε πιο αξιόπιστα και οικονομικά μέρη που μπορούν να κατασκευαστούν σχεδόν οπουδήποτε μπορεί να χωρέσει ο εκτυπωτής. Αυτό θα επιτρέψει επίσης τη μείωση της συντήρησης και του χρόνου αδράνειας, καθώς δεν απαιτείται η χειροκίνητη αποσυναρμολόγηση και επανασυναρμολόγηση του εξαρτήματος.