¿Está Relativity Space Cambiando la Industria Espacial?

Durante los últimos 62 años, la industria espacial estadounidense ha diseñado y desarrollado su camino hacia el espacio exterior a un ritmo más rápido de lo que los humanos podrían haber imaginado, alcanzando desde nuestra propia luna hasta sistemas solares distantes y más allá. Pero ¿qué pasa si te digo que esta industria está a punto de experimentar un cambio de paradigma en tecnologías? Empresas como Relativity Space y SpaceX (SPCX ) están a la vanguardia de uno de los mayores cambios en tecnología y fabricación que la industria pueda experimentar. En este artículo, exploraremos qué tecnologías y avances Relativity Space está utilizando para conquistar este objetivo.

¿Quién es Tim Ellis?

Para entender mejor a Tim Ellis, debemos mirar más atrás. Como joven, Ellis reconoció su capacidad para enfocarse hipermente y multitask a través de su obsesión con Lego, tanto que Ellis todavía tiene un pulgar permanentemente doblado en su mano derecha debido al tiempo y esfuerzo extremo dedicado a construir Lego.

Ellis comenzó en la Universidad del Sur de California, donde planeaba graduarse como guionista y estudiar como parte del programa de Opción Temática de USC. Sin embargo, durante su orientación de primer año, cambió su especialización a ingeniería aeroespacial. Ellis y el otro cofundador y CTO de Relativity, Jordan Noone, ocuparon puestos de liderazgo en el Laboratorio de Propulsión de Cohetes de USC. Durante su tiempo en el Laboratorio de Propulsión de Cohetes, Ellis y Noone ayudaron a lanzar el primer cohete diseñado y construido por estudiantes al espacio. Mientras asistía a USC, Ellis tuvo 3 pasantías con Blue Origin y obtuvo tanto una Licenciatura en Ciencias como una Maestría en Ciencias.

Después de graduarse, Ellis continuó trabajando a tiempo completo con Blue Origin durante 5 años, centrándose intensamente en tecnologías de cohetes impresas en 3D. Más tarde, se desempeñó como ingeniero de desarrollo de propulsión en los propulsores de la cápsula de la tripulación. Más tarde, sería acreditado por traer la impresión 3D dentro de Blue Origin.

Los orígenes

Mientras Ellis y Noone pasaban su tiempo desarrollando tecnologías de fabricación aditiva diseñadas específicamente para ayudar a la propulsión de cohetes, reconocieron la gravedad del impacto de estas tecnologías en la industria espacial y decidieron perseguir un enfoque más ambicioso para la fabricación de cohetes.

Ellis y Noone lanzarían Relativity Space Industries en 2015. Inicialmente, buscaron recaudar $500,000 en fondos de capital semilla, pero sin experiencia real en recaudación de fondos para una startup, Ellis se arriesgó y decidió enviar un correo electrónico en frío a Mark Cuban, aparentemente su correo electrónico sería lo suficientemente convincente como para que Mark invirtiera los $500,000 completos. En solo una semana, desde la idea esbozada en una servilleta de Starbucks (SBUX ) hasta asegurar la financiación. Ellis y Noone comenzarían el viaje emocionante que más tarde se convertiría en una historia de éxito única.

Ellis y Noone, esforzándose por mantener el ritmo de crecimiento, más tarde reconocerían que la financiación de Mark llegó tan rápidamente que en realidad no tenían a dónde depositar los fondos. Con los fondos en su lugar y la ambición de conquistar cualquier tarea dada, comenzaron la tarea monumental de crear cohetes completamente impresos en 3D. Hasta la fecha, Relativity Space ha recaudado con éxito 2.300 millones de dólares a través de 4 rondas.

Fabricación aditiva

Relativity Space ahora se enfrentaba a la tarea monumental de crear cohetes completamente impresos en 3D para mejorar la producción de naves espaciales, disminuir el costo y aumentar la simplicidad del diseño. Ellis entendió que las impresoras 3D eran la respuesta a esto debido a su capacidad para simplificar y crear cosas más rápido y barato que los métodos de herramientas anteriores, y como bonus, esta nueva tecnología era más ecológica y energéticamente eficiente.

El tiempo hasta las pruebas se redujo en algunos casos en un 10x. Por ejemplo, las generaciones anteriores de cohetes tardaban más de 10 años en pasar de la teoría a un producto viable, y Relativity Space puede producir prototipos en menos de 60 días. Pero no era tan simple como comprar una impresora 3D de metal y comenzar la producción, Relativity Space tuvo que fabricar sus propias impresoras 3D y incluso ingeniar en casa sus propias aleaciones derivadas de su especialista en metales. Estos logros son masivos por sí solos, sin mencionar las complicaciones restantes que existen al diseñar cohetes.

La fabricación aditiva estaba a punto de resolver casi todos los problemas existentes de la industria espacial con líneas de producción, elimina la necesidad de herramientas especiales, acelera el tiempo desde la idea hasta un producto viable y permite a Relativity Space probar y producir sustancialmente más iteraciones en un período más corto que cualquier otro fabricante de cohetes. Cuando se habla de una industria que maneja millones y a menudo miles de millones en carga valiosa, estas tecnologías necesitan ser probadas, verdaderas y probadas. A pesar de estos obstáculos, la empresa ha recibido la mayor cantidad de pedidos anticipados de cualquier empresa privada espacial en la historia de Estados Unidos, lo que refuerza la idea de la impresión 3D y demuestra que los inversores están listos para los avances tecnológicos en la industria espacial que Ellis y Noone visualizaron.

Impresora 4g de Relativity Space.

Volumen de la industria espacial

El problema persistente con los viajes espaciales ha sido la asequibilidad, este umbral alto ha impedido que naciones menos poderosas lancen programas espaciales. También se asumió que los viajes espaciales nunca serían viables en el sector privado hasta que SpaceX y Blue Origin demostraron lo contrario. Relativity Space es un recién llegado que está disruptando esta industria para satisfacer las necesidades de naciones de todo el mundo. A medida que aumenta la demanda de satélites y lanzamientos de cohetes, la demanda de viajes espaciales crece exponencialmente. Actualmente, la industria espacial está valorada en $350 mil millones de dólares y, según Morgan Stanley, se espera que crezca a $1,1 billones (MS ) para el año 2040.

Casi el 50% de la industria espacial son lanzamientos de satélites, reconociendo esto, el sector privado se ha orientado de manera más utilitaria, mejor adaptada a la distribución de satélites en órbita baja. Esto es beneficioso de más de una manera, la necesidad de carga en el espacio está creciendo y necesitamos soluciones mejor adaptadas para transportar grandes cantidades a lo largo de largas distancias a planetas extranjeros. Si vamos a terraformar un planeta como Marte, necesitaremos tener la capacidad de fabricar y crear en el planeta, no podemos esperar enviar carga según sea necesario a un planeta que está a meses de distancia.

Relativity Space, con Terran 1 y Terran R, se centra intensamente en las necesidades de distribución de carga. Terran 1 (85% impreso en 3D) tendrá una carga útil de 2700 libras, esto estará dedicado principalmente a tecnologías de recolección de información a bordo mientras prueban y se preparan para lanzar Terran R en 2024, Terran R (95% impreso en 3D) se espera que tenga una carga útil de 44,000 libras. Terran 1 es más adecuado para misiones de órbita baja, con Terran R tiene el objetivo de volar a Marte en 2024.

Relativity Space

Relativity Space ha crecido hasta convertirse en una empresa con una valoración de $4.200 millones y ha asegurado más de 1,3 millones de pies cuadrados de espacio de fabricación en un período notablemente corto. La empresa ha sido otorgada varias patentes que rodean sus tecnologías de impresión 3D y algunas de sus aleaciones. La empresa puede hacerlo en parte debido a la fabricación completa en casa, donde otros fabricantes de cohetes confían en cadenas de suministro y fabricantes externos. Relativity Space lo hace todo por sí sola en una de sus 4 instalaciones repartidas por Estados Unidos. No solo han logrado traer todas las tecnologías necesarias en casa, sino que también han logrado convertirse en la cuarta empresa en la historia de Cape Canaveral en tener una plataforma de lanzamiento dedicada, también tienen una base en la base de la Fuerza Aérea de Vandenberg.

Las tecnologías patentadas de Relativity Space les han permitido fabricar impresoras 3D diseñadas que utilizan descarga de arco de plasma y soldadura láser con aleaciones de aluminio a una velocidad de 10 pulgadas por segundo de cable de soldadura diseñado completamente en casa. Esto les ha permitido ajustar mejor el producto final para satisfacer sus necesidades específicas a velocidades nunca antes vistas. El aprendizaje automático optimiza un diseño más fluido, en muchos casos produciendo partes que de otra manera serían casi imposibles de fabricar.

Ellis y su equipo tuvieron que resolver varios desafíos técnicos imprevistos, como la deformación del metal. En este caso, el equipo concluyó que el mejor enfoque era aprender las especificaciones exactas de la deformación inherente a cada aleación y utilizar los algoritmos de aprendizaje automático para ajustar mejor sus programas para adaptarse a la aleación específica que se utilizaba para el proceso. Esto les permitió calcular y ajustar en consecuencia para integrar la deformación de la parte en las mediciones al crearla. Ellis afirma que a lo largo de la longitud del cohete, este algoritmo ha llevado a una tolerancia dentro de 2 milésimas de pulgada. Esto es otro ejemplo de cómo el aprendizaje automático puede beneficiar a la fabricación.

Simplificación subiendo en la lista de prioridades

En generaciones anteriores de exploración de cohetes, la redundancia era obligatoria para cada decisión tomada por la NASA. En caso de un posible fallo, cada parte requería tener al menos una parte de respaldo. Este pensamiento se puede ver en las decisiones de ingeniería y fabricación a lo largo de las varias iteraciones de los cohetes de la NASA. Pero ¿dónde estamos cuando el objetivo es reducir las partes y simplificar la fabricación de cohetes? ¿Cómo afectará esto a la redundancia?

En el caso de Relativity Space, la simplificación del cohete es beneficiosa para la redundancia. La reducción en el recuento de partes se correlaciona directamente con la facilidad de mantenimiento y la capacidad de cambiar o reparar partes según sea necesario. Con los avances en la impresión 3D y la disminución del tamaño requerido para impresoras de alta calidad, ahora es factible tener impresoras 3D a bordo de aeronaves en vuelos tripulados y potencialmente estacionadas en planetas colonizados.

Esto se puede ver en los cohetes Terran 1 y Terran T, desde las toberas de inyección producidas a partir de una sola parte hasta los sistemas de enfriamiento de las cámaras de expansión impresos directamente en las superficies calientes. Estas simplificaciones han resultado en partes más confiables y rentables que pueden ser fabricadas en casi cualquier lugar donde puedan caber la impresora. Esto también permitirá una reducción del mantenimiento y el tiempo de inactividad debido a la falta de requisitos manuales para desensamblar y reensamblar la parte.