¿El espacio de la relatividad está remodelando 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 nuestra propia luna hasta sistemas solares distantes y más allá. Pero, ¿y si te dijera que esta industria está a punto de experimentar un cambio de paradigma en las tecnologías? Empresas como Relativity Space y SpaceX están encabezando uno de los mayores cambios en tecnología y fabricación que la industria pueda experimentar. En este artículo, exploraremos qué tecnologías y avances está utilizando Relativity Space para conquistar este objetivo.

¿Quién es Tim Ellis?

Para entender mejor a Tim Ellis tenemos que mirar más atrás. Cuando era joven, Tim reconoció su capacidad de hiperconcentración y multitarea a través de su obsesión con Lego, tanto que Tim todavía tiene un pulgar doblado permanentemente en su mano derecha debido a la cantidad extrema de tiempo y esfuerzo dedicado a construir Lego.

Ellis comenzó en el Universidad del Sur de California, donde planeaba graduarse como guionista y estudiar como parte del programa de Opción Temática de la 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 nadie, ambos ocuparon puestos de liderazgo en el Laboratorio de Propulsión de Cohetes de la USC. Durante su tiempo en el Laboratorio de Propulsión de Cohetes, Ellis y Noone ayudaron a lanzar al espacio el primer cohete diseñado y construido por estudiantes. Mientras asistía a la USC, Ellis tuvo 3 pasantías con Blue Origin y obtuvo una Licenciatura en Ciencias y una Maestría en Ciencias.

Después de graduarse, Ellis continuó trabajando a tiempo completo con Blue Origin durante 5 años, centrándose en gran medida en 3D impreso tecnologías de cohetes. Más tarde se desempeñó como ingeniero de desarrollo de propulsión en propulsores RCS de cápsula de tripulación. Más tarde se le atribuiría el mérito de llevar la impresión 3D internamente a Blue Origin. 

Los origenes

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 esta tecnología en la industria espacial y decidieron seguir un enfoque más ambicioso para la fabricación de cohetes. 

Ellis y Noone continuaron y lanzaron Relativity Space Industries en 2015. Inicialmente, buscaron recaudar $ 500,000 en capital inicial, pero sin experiencia real en la recaudación de fondos para una empresa nueva, Ellis se arriesgó y decidió enviar un correo electrónico frío a Mark Cuban, evidentemente, su correo electrónico sería lo suficientemente convincente como para convencer a Mark de que invirtiera los $ 500,000 completos. Más de una semana desde la idea esbozada en una servilleta de Starbucks hasta la obtención de fondos. Ellis y Noone comenzarían el viaje salvaje que luego se convertiría en una historia de éxito única. 

Ellis y Noone, que luchaban por mantenerse al día con la tasa de crecimiento, reconocieron más tarde que la financiación de Mark llegó tan rápido que en realidad no tenían dónde depositar los fondos. Con los fondos disponibles y la ambición de conquistar cualquier tarea determinada, comenzaron la tarea monumental de crear cohetes totalmente impresos en 3D. Hasta la fecha, Relativity Space ha recaudado con éxito 2.3 millones de dólares en 4 rondas.

Fabricación aditiva 

El espacio de la relatividad ahora se enfrentaba a la monumental tarea de crear cohetes totalmente impresos en 3D para avanzar mejor en la producción de cohetes 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 más barato que los métodos de herramientas anteriores y, como beneficio adicional, esta nueva tecnología era más ecológica y más eficiente energéticamente.

El tiempo de prueba se redujo en algunos casos en 10 veces. por ejemplo, las generaciones anteriores de cohetes tardarían 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 fue tan simple como comprar una impresora 3D de metal y comenzar la producción, Relativity Space tuvo que fabricar sus propias impresoras 3D e incluso diseñar internamente sus propias aleaciones derivadas del propio especialista en metales de su equipo. Estas hazañas son enormes por sí solas, por no hablar de las complicaciones restantes que existen al diseñar cohetes. 

La fabricación aditiva resolvió casi todos los problemas existentes de la industria espacial con las líneas de producción, elimina la necesidad de herramientas especiales, acelera el tiempo desde la idea hasta el producto viable y permite que el espacio de Relativity pruebe y produzca sustancialmente más iteraciones en un período más corto. que cualquier otro fabricante de cohetes. Cuando se habla de una industria que comercia con millones y, a menudo, incluso con miles de millones en carga valiosa, estas tecnologías deben probarse, verificarse y probarse. A pesar de estos obstáculos, la empresa ha recibido la mayor cantidad de pedidos anticipados de cualquier empresa espacial del sector privado en la historia de Estados Unidos, lo que refuerza la idea de la impresión 3D y demuestra que los inversores están preparados para los avances tecnológicos en la industria espacial que Ellis y Noone imaginaron. . 

Volumen de la industria espacial

El problema de larga data con los viajes espaciales ha sido la asequibilidad, este alto umbral ha impedido que las naciones menores lancen programas espaciales. También se asumió que los viajes espaciales nunca serían viables en el sector privado hasta que SpaceX y Blue Origin demostraran lo contrario. Relativity Space es un recién llegado que está revolucionando esta industria para satisfacer las necesidades de las naciones de todo el mundo. A medida que aumenta nuestra demanda de satélites y lanzamientos de cohetes, la demanda de viajes espaciales crece exponencialmente. En la actualidad, la industria espacial está valorada en 350 millones de dólares y según Morgan Stanley se espera que crezca a $ 1.1 billones por el año 2040. 

Casi el 50% de la industria espacial son lanzamientos de satélites, y el sector privado se ha dado cuenta de ello de una manera más utilitaria que se adapta mejor a la distribución de satélites en órbita baja. Esto es beneficioso en más de una forma, la necesidad de carga en el espacio está creciendo y necesitamos soluciones más adecuadas para transportar grandes cantidades a través de largas distancias a planetas extranjeros. Si vamos a terraformar un planeta como Marte, necesitaremos tener la capacidad para fabricar y crear en el planeta, no podemos esperar enviar carga según sea necesario a un mes de distancia del planeta. 

Relativity Space, con Terran 1 y Terran R, se centra en gran medida en las necesidades de distribución de carga. Terran 1 (85 % impreso en 3D) tendrá una carga útil de 2700 lb, esto se dedicará en gran medida a las tecnologías de recopilación de información a bordo mientras prueban y se preparan para lanzar Terran R en 2024, se espera que Terran R (95 % impreso en 3D) tener una carga útil de 44,000 lbs. Tarran 1 se adapta mejor a las misiones de órbita baja, y Terran R tiene el objetivo de volar a Marte en 2024. 

espacio de relatividad

Relativity space se ha convertido en una empresa que refuerza una 4.2 millones de dólares de valoración y asegurar más de 1.3 millones de pies cuadrados de espacio de fabricación en un período notablemente corto. la empresa ha sido concedido varias patentes en torno a sus tecnologías de impresión 3d e incluso algunas de sus aleaciones. La empresa puede hacerlo en parte gracias a la fabricación interna completa, mientras que otros fabricantes de cohetes dependen de cadenas de suministro y fabricantes externos. Relativity Space está haciendo todo esto por su cuenta en 1 de sus 4 almacenes repartidos por los Estados Unidos. No solo han logrado traer todas las tecnologías necesarias internamente sino que también han logrado convertirse en la cuarta empresa en la historia de Cabo Cañaveral para 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 de nuevo diseño que utilizan descarga de arco de plasma y soldadura láser con aleaciones de aluminio a una velocidad de 10″ por segundo de alambre de soldadura diseñado completamente internamente. 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, que en muchos casos produce piezas que de otro modo 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 utiliza para el proceso. Esto les permitió calcular y ajustar en consecuencia para integrar la deformación de la pieza en las medidas al crearla. Ellis afirma que a lo largo de la longitud del cohete, este algoritmo ha llevado a una tolerancia de 2 milésimas de pulgada. Este es otro ejemplo más de cómo el aprendizaje automático beneficia a la fabricación. 

Simplificación disparando 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 una falla potencial, cada parte debe tener al menos una parte de respaldo. Este pensamiento se puede ver en las decisiones de ingeniería y fabricación a lo largo de las diversas iteraciones de los cohetes de la NASA. Pero, ¿dónde nos encontramos cuando el objetivo es reducir las piezas y simplificar la fabricación de cohetes? ¿Cómo afectará esto a la redundancia?

En el caso de Relative Space, la simplificación del cohete es beneficiosa para la redundancia. La reducción en el recuento de piezas se correlaciona directamente con la facilidad de mantenimiento y la capacidad de cambiar o reparar piezas a pedido. Con los avances en la impresión 3D y la disminución de los requisitos de tamaño para las impresoras de alta calidad, ahora es factible tener impresoras 3D a bordo de aviones en vuelos tripulados y potencialmente estar estacionadas en planetas colonizados.

Esto se puede ver en los cohetes Terran 1 y Terran T, desde sus boquillas de inyección producidas a partir de una pieza individual hasta los sistemas de refrigeración de las cámaras de expansión que se imprimen directamente en las superficies calentadas. Estas simplificaciones excesivas han dado como resultado piezas más fiables y rentables que pueden fabricarse prácticamente en cualquier lugar que puedan adaptarse a la impresora. Esto también permitirá reducir el mantenimiento y el tiempo de inactividad debido a la falta de requisitos prácticos para desmontar y volver a montar la pieza.