Τρισδιάστατη Εκτύπωση
Το Διάστημα της Σχετικότητας διαμορφώνει εκ νέου τη διαστημική βιομηχανία;
Τα τελευταία 62 χρόνια, η αμερικανική διαστημική βιομηχανία σχεδίασε και ανέπτυξε το δρόμο της προς το διάστημα με ταχύτερο ρυθμό από ό,τι θα μπορούσαν ποτέ να φανταστούν οι άνθρωποι, φτάνοντας το δικό μας φεγγάρι μέχρι τα μακρινά ηλιακά συστήματα και όχι μόνο. Αλλά τι θα γινόταν αν σας έλεγα ότι αυτή η βιομηχανία πρόκειται να βιώσει μια αλλαγή παραδείγματος στις τεχνολογίες. Εταιρείες όπως η Relativity Space και η SpaceX πρωτοστατούν σε μία από τις μεγαλύτερες αλλαγές στην τεχνολογία και την κατασκευή που μπορεί να βιώσει ποτέ η βιομηχανία. Σε αυτό το άρθρο, θα διερευνήσουμε ποιες τεχνολογίες και ποιες εμφανίσεις χρησιμοποιεί το Relativity Space για να κατακτήσει αυτόν τον στόχο.
Ποιος είναι ο Tim Ellis;
Για να κατανοήσουμε καλύτερα τον Tim Ellis, πρέπει να κοιτάξουμε πιο πίσω. Ως νεαρός άνδρας, ο Tim αναγνώρισε την ικανότητά του να υπερ-εστιάζει και να κάνει πολλές εργασίες μέσω της εμμονής του με τα Lego, τόσο πολύ που ο Tim εξακολουθεί να έχει έναν μόνιμα λυγισμένο αντίχειρα στο δεξί του χέρι από τον υπερβολικό χρόνο και την προσπάθεια που ξοδεύει για την κατασκευή Lego.
Η Έλις 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 του προσανατολισμού του ως πρωτοετής, άλλαξε την ειδικότητά του στην αεροδιαστημική μηχανική. Ο άλλος συνιδρυτής και CTO του Ellis and Relativity, Τζόρνταν Νουν, και οι δύο κατείχαν ηγετικές θέσεις στο Rocket Propulsion Lab της USC. Κατά τη διάρκεια του χρόνου τους στο Rocket Propulsion Lab, ο Ellis και ο Noone βοήθησαν στην εκτόξευση του πρώτου πυραύλου που σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε από μαθητές στο διάστημα. Ενώ παρακολούθησε το USC, ο Ellis είχε 3 πρακτικές πρακτικής με την Blue Origin και απέκτησε και Bachelor of Science και Master of Science.
Μετά την αποφοίτησή της, η Ellis συνέχισε να εργάζεται με πλήρη απασχόληση με την Blue Origin για 5 χρόνια, εστιάζοντας σε μεγάλο βαθμό Εκτύπωση 3D τεχνολογίες πυραύλων. Αργότερα υπηρέτησε ως μηχανικός ανάπτυξης πρόωσης σε προωθητήρες RCS καψουλών πληρώματος. Αργότερα θα του πιστωθεί ότι έφερε την εσωτερική εκτύπωση 3D σε μπλε προέλευση.
Οι καταβολές
Ενώ ο Ellis και ο Noone ξόδεψαν το χρόνο τους αναπτύσσοντας τεχνολογίες πρόσθετης κατασκευής ειδικά σχεδιασμένες για να βοηθήσουν στην προώθηση πυραύλων, αναγνώρισαν τη βαρύτητα των επιπτώσεων αυτής της τεχνολογίας στη διαστημική βιομηχανία και αποφάσισαν να ακολουθήσουν μια πιο φιλόδοξη προσέγγιση στην κατασκευή πυραύλων.
Ο Ellis και ο Noone θα συνέχιζαν να εκτοξεύουν το Relativity Space Industries το 2015. Αρχικά, προσπάθησαν να συγκεντρώσουν 500,000 $ σε αρχικό χρήμα, αλλά χωρίς πραγματική εμπειρία στην άντληση κεφαλαίων για μια start-up, ο Ellis έκανε μια προσπάθεια και αποφάσισε να στείλει κρύο email στον Mark Cuban, προφανώς το email του θα ήταν αρκετά συναρπαστικό για να πείσει τον Mark να επενδύσει το σύνολο των 500,000 $. Πάνω από μια εβδομάδα από την ιδέα που σχεδιάστηκε σε μια χαρτοπετσέτα Starbucks μέχρι την εξασφάλιση χρηματοδότησης. Ο Ellis και ο Noone θα ξεκινούσαν την άγρια βόλτα που αργότερα θα γινόταν μοναδική επιτυχία.
Ο Ellis και ο Noone προσπαθούν να συμβαδίσουν με τον ρυθμό ανάπτυξης θα αναγνώρισαν αργότερα ότι η χρηματοδότηση από τον Mark ήρθε τόσο γρήγορα που στην πραγματικότητα δεν είχαν πού να καταθέσουν τα κεφάλαια. Έχοντας στη διάθεση τους τα κεφάλαια και τη φιλοδοξία να κατακτήσουν κάθε δεδομένο έργο, ξεκίνησαν το μνημειώδες έργο της δημιουργίας πυραύλων πλήρως εκτυπωμένων σε 3D. Μέχρι σήμερα, το Relativity Space έχει συγκεντρώσει με επιτυχία 2.3 δισεκατομμύρια δολάρια σε 4 γύρους.
Παραγωγή προσθέτων
Ο χώρος της σχετικότητας αντιμετώπισε τώρα το μνημειώδες έργο να δημιουργήσει πλήρως τρισδιάστατους εκτυπωμένους πυραύλους για να προωθήσει καλύτερα την παραγωγή πυραυλοπλοίων, να μειώσει το κόστος και να αυξήσει την απλότητα του σχεδιασμού. Ο Ellis κατάλαβε ότι οι 3D εκτυπωτές ήταν η απάντηση σε αυτό λόγω της ικανότητάς τους να απλοποιούν και να δημιουργούν πράγματα πιο γρήγορα και φθηνότερα από προηγούμενες μεθόδους εργαλείων, και ως μπόνους, αυτή η νέα τεχνολογία ήταν πιο πράσινη και πιο ενεργειακά αποδοτική.
Ο χρόνος για τη δοκιμή 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 βιώσιμο προϊόν και το Relativity Space μπορεί να παράγει πρωτότυπα σε λιγότερο από 60 ημέρες. Αλλά δεν ήταν τόσο απλό όσο η αγορά ενός μεταλλικού τρισδιάστατου εκτυπωτή και η έναρξη της παραγωγής, η Relativity Space έπρεπε να κατασκευάσει τους δικούς της τρισδιάστατους εκτυπωτές και ακόμη και να κατασκευάσει τα δικά της κράματα που προέρχονταν από τους ειδικούς μετάλλων της ομάδας τους. Αυτά τα κατορθώματα είναι τεράστια από μόνα τους πόσο μάλλον για τις υπόλοιπες επιπλοκές που υπάρχουν κατά τον σχεδιασμό πυραύλων.
Η κατασκευή πρόσθετων λύνει σχεδόν όλα τα υπάρχοντα ζητήματα της διαστημικής βιομηχανίας με τις γραμμές παραγωγής, εξαλείφει την ανάγκη για ειδικά εργαλεία, επιταχύνει το χρόνο από την ιδέα στο βιώσιμο προϊόν και επιτρέπει στο χώρο της σχετικότητας να δοκιμάσει και να παράγει σημαντικά περισσότερες επαναλήψεις σε μικρότερο χρονικό διάστημα από οποιονδήποτε άλλο κατασκευαστή πυραύλων. Όταν μιλάτε για έναν κλάδο που διακινεί εκατομμύρια και συχνά ακόμη και δισεκατομμύρια σε πολύτιμο φορτίο, αυτές οι τεχνολογίες πρέπει να δοκιμαστούν, να είναι αληθινές και να δοκιμαστούν. Παρά αυτά τα εμπόδια, η εταιρεία έχει λάβει τον μεγαλύτερο αριθμό προπαραγγελιών από οποιαδήποτε εταιρεία ιδιωτικού διαστήματος στην αμερικανική ιστορία, ενισχύοντας την ιδέα της τρισδιάστατης εκτύπωσης και αποδεικνύοντας ότι οι επενδυτές είναι έτοιμοι για τις τεχνολογικές εξελίξεις στη διαστημική βιομηχανία που οραματίστηκαν οι Ellis και Noone. .
Εκτυπωτής Relativity Space 4g.
Όγκος διαστημικής βιομηχανίας
Το μακροχρόνιο ζήτημα με τα διαστημικά ταξίδια ήταν η προσιτή τιμή, αυτό το υψηλό όριο έχει εμποδίσει τα μικρότερα έθνη να ξεκινήσουν διαστημικά προγράμματα. Θεωρήθηκε επίσης ότι τα διαστημικά ταξίδια δεν θα ήταν ποτέ βιώσιμα στον ιδιωτικό τομέα έως ότου αποδειχθεί ότι είναι λάθος από τη SpaceX και την Blue Origin. Το Relativity Space είναι ένας νεοφερμένος που διαταράσσει αυτόν τον κλάδο για να καλύψει τις ανάγκες των εθνών σε όλο τον κόσμο. Καθώς η ζήτηση μας για δορυφόρους και εκτοξεύσεις πυραύλων αυξάνεται, η ζήτηση για διαστημικά ταξίδια αυξάνεται εκθετικά. Επί του παρόντος, η διαστημική βιομηχανία αποτιμάται σε 350 δισεκατομμύρια δολάρια και σύμφωνα με τη Morgan Stanley αναμένεται να αυξηθεί στα 1.1 τρισεκατομμύρια δολάρια μέχρι το έτος 2040.
Σχεδόν το 50% της διαστημικής βιομηχανίας είναι εκτοξεύσεις δορυφόρων, αναγνωρίζοντας ότι ο ιδιωτικός τομέας προσανατολίστηκε με έναν πιο χρηστικό τρόπο που ταιριάζει καλύτερα στη διανομή δορυφόρων σε χαμηλή τροχιά. Αυτό είναι επωφελές με περισσότερους από έναν τρόπους, η ανάγκη για φορτίο στο διάστημα αυξάνεται και χρειαζόμαστε λύσεις που ταιριάζουν καλύτερα για τη μεταφορά μεγάλων ποσοτήτων σε μεγάλη απόσταση σε ξένους πλανήτες Εάν θέλουμε να διαμορφώσουμε έναν πλανήτη όπως ο Άρης, θα πρέπει να έχουμε την ικανότητα για να κατασκευάσουμε και να δημιουργήσουμε στον πλανήτη, δεν μπορούμε να περιμένουμε να στείλουμε φορτίο όπως χρειάζεται σε έναν πλανήτη έναν μήνα μακριά.
Το Relativity Space, με τα Terran 1 και Terran R, εστιάζει σε μεγάλο βαθμό στις ανάγκες διανομής φορτίου. Το Terran 1 (85% 3d printed) θα έχει ωφέλιμο φορτίο 2700 lbs, αυτό θα είναι σε μεγάλο βαθμό αφιερωμένο σε τεχνολογίες συλλογής πληροφοριών στο πλοίο καθώς δοκιμάζουν και προετοιμάζονται για την κυκλοφορία του Terran R το 2024, το Terran R (95% 3d printed) αναμένεται να έχουν ωφέλιμο φορτίο 44,000 λίβρες. Το Tarran 1 είναι πιο κατάλληλο για αποστολές χαμηλής τροχιάς, με το Terran R να έχει στόχο να πετάξει στον Άρη το 2024.
Χώρος σχετικότητας
Ο χώρος της σχετικότητας έχει εξελιχθεί σε μια εταιρεία που ενισχύει α Αποτίμηση 4.2 δισεκατομμυρίων δολαρίων και εξασφαλίζοντας πάνω από 1.3 εκατομμύρια τετραγωνικά πόδια κατασκευαστικού χώρου σε εξαιρετικά σύντομο χρονικό διάστημα. Η εταιρεία ήταν παραχώρησε πολλά διπλώματα ευρεσιτεχνίας γύρω από τις τεχνολογίες τρισδιάστατης εκτύπωσης και ακόμη και μερικά από τα κράματά της. Η εταιρεία μπορεί να το κάνει εν μέρει λόγω της πλήρους εσωτερικής κατασκευής, όπου άλλοι κατασκευαστές πυραύλων βασίζονται σε αλυσίδες εφοδιασμού και εξωτερικούς κατασκευαστές. Το Relativity Space το κάνει αυτό μόνο του σε 3 από τις 1 αποθήκες του που βρίσκονται σε όλες τις Ηνωμένες Πολιτείες. Όχι μόνο κατάφεραν να φέρουν όλες τις απαραίτητες τεχνολογίες στο σπίτι, αλλά και κατάφεραν γίνει η τέταρτη εταιρεία στην ιστορία του ακρωτηρίου Κανάβεραλ για να έχουν μια ειδική βάση εκτόξευσης, έχουν επίσης μια βάση στη βάση της αεροπορίας Vandenberg.
Οι ιδιόκτητες τεχνολογίες της Relativity Space τους επέτρεψαν να κατασκευάζουν νέους σχεδιασμένους τρισδιάστατους εκτυπωτές που χρησιμοποιούν εκκένωση τόξου πλάσματος και συγκόλληση με λέιζερ με κράματα αλουμινίου με ρυθμό 3″ ανά δευτερόλεπτο σύρματος συγκόλλησης που έχει σχεδιαστεί πλήρως εσωτερικά. Αυτό τους επέτρεψε να ρυθμίσουν καλύτερα το τελικό προϊόν ώστε να ταιριάζει στις συγκεκριμένες ανάγκες τους σε ταχύτητες που δεν έχουν ξαναδεί. Η μηχανική μάθηση βελτιστοποιεί ένα πιο ρευστό σχέδιο, που σε πολλές περιπτώσεις παράγει εξαρτήματα που διαφορετικά θα ήταν σχεδόν αδύνατο να κατασκευαστούν.
Ο Έλις και η ομάδα του έπρεπε να λύσουν πολλές απρόβλεπτες τεχνικές προκλήσεις όπως η παραμόρφωση μετάλλων. Σε αυτήν την περίπτωση, η ομάδα κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η καλύτερη προσέγγιση ήταν να μάθουν τις ακριβείς προδιαγραφές παραμόρφωσης που είναι εγγενείς σε κάθε κράμα και να χρησιμοποιήσουν τους αλγόριθμους μηχανικής εκμάθησης για να προσαρμόσουν καλύτερα τα προγράμματά τους ώστε να ταιριάζουν στο συγκεκριμένο κράμα που χρησιμοποιείται για τη διαδικασία. Αυτό τους επέτρεψε να υπολογίσουν και να προσαρμόσουν ανάλογα για να ενσωματώσουν τη στρέβλωση του εξαρτήματος στις μετρήσεις κατά τη δημιουργία του. Ο Ellis δηλώνει ότι σε όλο το μήκος του πυραύλου, αυτός ο αλγόριθμος έχει οδηγήσει σε ανοχή εντός 2 χιλιοστών της ίντσας. Αυτό είναι ένα ακόμη παράδειγμα του πώς η μηχανική μάθηση ωφελεί την κατασκευή.
Απλοποίηση που εκτοξεύει τη λίστα προτεραιοτήτων
Σε προηγούμενες γενιές εξερεύνησης πυραύλων, η απόλυση ήταν υποχρεωτική για κάθε απόφαση που λάμβανε η NASA. Σε περίπτωση πιθανής αστοχίας, κάθε εξάρτημα πρέπει να έχει τουλάχιστον ένα εφεδρικό εξάρτημα. Αυτή η σκέψη μπορεί να φανεί στις αποφάσεις μηχανικής και κατασκευής σε πολλές επαναλήψεις πυραύλων της NASA. Αλλά πού βρισκόμαστε όταν ο στόχος είναι η μείωση των ανταλλακτικών και η απλοποίηση της κατασκευής πυραύλων; Πώς θα επηρεάσει αυτό την απόλυση;
Στην περίπτωση του Relative Space, η απλοποίηση του πυραύλου είναι ευεργετική για τον πλεονασμό. Η μείωση του αριθμού ανταλλακτικών σχετίζεται άμεσα με την ευκολία συντήρησης και τη δυνατότητα αλλαγής ή επισκευής εξαρτημάτων κατά παραγγελία. Με τις εξελίξεις στην τρισδιάστατη εκτύπωση και τις μειωμένες απαιτήσεις μεγέθους για εκτυπωτές υψηλής ποιότητας, είναι πλέον εφικτό να υπάρχουν τρισδιάστατοι εκτυπωτές σε αεροσκάφη σε επανδρωμένες πτήσεις και ενδεχομένως να σταθμεύουν σε αποικιακούς πλανήτες.
Αυτό μπορεί να φανεί σε όλους τους πυραύλους Terran 1 και Terran T, από τα ακροφύσια έγχυσης που παράγονται από 1 μεμονωμένο μέρος μέχρι τα συστήματα ψύξης των θαλάμων διαστολής που εκτυπώνονται απευθείας στις θερμαινόμενες επιφάνειες. Αυτές οι υπεραπλουστεύσεις οδήγησαν σε πιο αξιόπιστα και οικονομικά εξαρτήματα που μπορούν να κατασκευαστούν σχεδόν οπουδήποτε μπορούν να χωρέσουν στον εκτυπωτή. Αυτό θα επιτρέψει επίσης μειωμένη συντήρηση και χρόνο διακοπής λειτουργίας λόγω της έλλειψης πρακτικών απαιτήσεων για την αποσυναρμολόγηση και επανασυναρμολόγηση του εξαρτήματος.
