Kas relatiivsusteooria kosmos kujundab kosmosetööstust ümber?

Viimase 62 aasta jooksul on Ameerika kosmosetööstus loonud ja arenenud avakosmosesse kiiremini, kui inimesed eales ette kujutasid, jõudes meie enda Kuule kuni kaugete päikesesüsteemideni ja kaugemalegi. Aga mis siis, kui ma ütleksin teile, et see tööstusharu kogeb tehnoloogiate paradigma muutust. Sellised ettevõtted nagu Relativity Space ja SpaceX juhivad üht suurimat nihet tehnoloogias ja tootmises, mida tööstus võib kunagi kogeda. Selles artiklis uurime, milliseid tehnoloogiaid ja tulekuid Relatiivsusteooria ruum selle eesmärgi saavutamiseks kasutab.

Kes on Tim Ellis?

Tim Ellise paremaks mõistmiseks peame vaatama kaugemale tagasi. Noore mehena tundis Tim oma võimet hüperfookustada ja teha mitut ülesannet oma legohulluse kaudu, nii et Timil on ikka veel püsivalt kõverdatud pöial paremal käel Lego ehitamisele kulunud äärmise aja ja vaeva tõttu.

Ellis alustas kell University of Southern California, kus ta kavatses lõpetada stsenaristina ja õppida USC Thematic Option programmi raames. Kuid esmakursuslase orienteerumise ajal vahetas ta oma eriala lennundustehnika vastu. Ellis and Relativity teine ​​kaasasutaja ja tehnoloogiadirektor, Jordan Mitte keegi, mõlemad olid juhtivatel kohtadel USC raketitõukelaboris. Rocket Propulsion Labis töötamise ajal aitasid Ellis ja Noone kosmosesse lennutada esimest üliõpilaste disainitud ja ehitatud raketti. USC-s osaledes oli Ellis Blue Originis 3 praktikat ja omandas nii bakalaureusekraadi kui ka magistrikraadi.

Pärast kooli lõpetamist töötas Ellis täiskohaga Blue Originiga 5 aastat, keskendudes 3D prinditud raketitehnoloogiad. Hiljem töötas ta tõukejõu arendusinsenerina meeskonnakapslite RCS-tõukuritel. Hiljem tunnustati teda 3D-printimise sinise päritoluni viimise eest. 

Päritolud

Kuigi Ellis ja Noone kulutasid oma aega lisandite tootmistehnoloogiate väljatöötamisele, mis olid spetsiaalselt loodud rakettide tõukejõu abistamiseks, mõistsid nad selle tehnoloogia mõju raskust kosmosetööstusele ja otsustasid rakettide tootmisel kasutada ambitsioonikamat lähenemisviisi. 

Ellis ja Noone käivitasid 2015. aastal ettevõtte Relativity Space Industries. Algselt püüdsid nad koguda 500,000 XNUMX dollarit stardiraha, kuid kuna Ellis ei omanud idufirma jaoks raha kogumisega tegelikku kogemust, läks Ellis tinglikult välja ja otsustas Mark Cubanile külma meili saataIlmselt oleks tema e-kiri piisavalt mõjuv, et veenda Marki investeerima kogu 500,000 XNUMX dollarit. Üle nädala Starbucksi salvrätikul visandatud ideest rahastamise tagamiseni. Ellis ja Noone alustavad metsikut sõitu, millest sai hiljem omalaadne edulugu. 

Ellis ja Noone, kes püüdsid kasvutempoga sammu pidada, tunnistasid hiljem, et Marki rahastus tuli nii kiiresti, et tegelikult polnud neil raha kuhugi hoiustada. Kuna rahalised vahendid olid paigas ja ambitsioon mistahes ülesannet täita, alustasid nad monumentaalset ülesannet luua täielikult 3D-prinditud rakette. Praeguseks on relatiivsusteooria ruum nelja vooru jooksul edukalt kogunud 2.3 miljardit dollarit.

Lisandite tootmine 

Relatiivsusteooria ruum seisis nüüd silmitsi suure ülesandega luua täielikult 3D-prinditud rakette, et rakettlaevade tootmist paremini edendada, kulusid vähendada ja disaini lihtsust suurendada. Ellis mõistis, et 3D-printerid on sellele vastuseks tänu nende võimele lihtsustada ja luua asju kiiremini ja odavamalt kui varasemad tööriistameetodid ning boonusena oli see uus tehnoloogia rohelisem ja energiasäästlikum.

Mõnel juhul vähenes testimise aeg 10 korda. Näiteks eelmiste põlvkondade rakettidel kuluks teooriast elujõulise tooteni jõudmiseks rohkem kui 10 aastat ja relatiivsusteooria suudab prototüüpe toota vähem kui 60 päevaga. Kuid see polnud nii lihtne kui metallist 3D-printeri ostmine ja tootmise alustamine, Relativity Space pidi tootma oma 3D-printerid ja isegi ettevõttesiseselt konstrueerima oma sulamid, mis olid saadud nende meeskonna enda metallispetsialistilt. Need saavutused on iseenesest tohutud, rääkimata ülejäänud komplikatsioonidest, mis rakettide projekteerimisel esinevad. 

Lisatootmine aitas lahendada peaaegu kõik olemasolevad kosmosetööstuse probleemid tootmisliinidega, see välistab vajaduse spetsiaalsete tööriistade järele, kiirendab ideest elujõulise tooteni jõudmist ning võimaldab relatiivsusteoorial testida ja toota oluliselt rohkem iteratsioone lühema perioodi jooksul. kui ükski teine ​​raketitootja. Kui räägite tööstusest, mis müüb miljonite ja sageli isegi miljardite väärtuses kaubaveoseid, tuleb neid tehnoloogiaid katsetada, tõsi ja katsetada. Vaatamata nendele takistustele on ettevõte saanud Ameerika ajaloos suurima hulga erasektori kosmoseettevõtete eeltellimusi, mis toetab 3D-printimise ideed ja tõestab, et investorid on valmis kosmosetööstuse tehnoloogilisteks edusammudeks, mida Ellis ja Noone ette kujutasid. . 

Kosmosetööstuse maht

Kosmosereiside pikaajaline probleem on olnud taskukohasus, see kõrge künnis on takistanud väiksematel riikidel kosmoseprogramme käivitamast. Samuti eeldati, et kosmosereisid ei ole erasektoris kunagi elujõulised, kuni SpaceX ja Blue Origin pole tõestanud, et see on vale. Relatiivsuse kosmos on uustulnuk, mis häirib seda tööstust, et rahuldada rahvaste vajadusi kogu maailmas. Kuna meie nõudlus satelliitide ja rakettide järele kasvab, kasvab nõudlus kosmosereiside järele plahvatuslikult. Praegu hinnatakse kosmosetööstuse väärtuseks 350 miljardit dollarit ja Morgan Stanley andmetel peaks see kasvama 1.1 triljoni dollarini aastaks 2040. 

Peaaegu 50% kosmosetööstusest moodustavad satelliitide stardid, tunnistades seda, on erasektor juhtinud end utilitaarsemal viisil, mis sobib paremini madalal orbiidil satelliitide levitamiseks. See on kasulik rohkem kui ühel viisil, vajadus lasti järele kosmoses kasvab ja me vajame lahendusi, mis sobivad kõige paremini suurte koguste vedamiseks pikkade vahemaade taha võõrastele planeetidele. Et toota ja luua planeedil, ei saa me eeldada, et tarnime lasti kuu aja kaugusele. 

Relativity Space koos Terran 1 ja Terran R-ga keskendub suuresti kaubajaotuse vajadustele. Terran 1 (85% 3D-prinditud) kandevõime on 2700 naela, see on suuresti pühendatud teabe kogumise tehnoloogiatele, kuna need katsetavad ja valmistuvad Terran R käivitamiseks 2024. aastal. Terran R (95% 3D-prinditud) kandevõime on 44,000 1 naela. Tarran 2024 sobib paremini madala orbiidiga missioonideks, kusjuures Terran R eesmärk on lennata XNUMX. aastal Marsile. 

Relatiivsuse ruum

Relatiivsusteooria ruum on kasvanud ettevõtteks, mis toetab a Hinnang 4.2 miljardit dollarit ja üle 1.3 miljoni ruutjalga tootmispinna kindlustamine märkimisväärselt lühikese aja jooksul. Ettevõte on olnud andis mitu patenti ümbritseb selle 3D-printimise tehnoloogiaid ja isegi mõningaid selle sulameid. Ettevõte saab seda teha osaliselt tänu ettevõttesisesele tootmisele, kus teised raketitootjad toetuvad tarneahelatele ja välistele tootjatele. Relativity Space teeb seda kõike üksi ühes oma neljast laost, mis asuvad üle Ameerika Ühendriikide. Lisaks sellele, et neil on õnnestunud kõik vajalikud tehnoloogiad majja tuua saada neljandaks ettevõtteks Canaverali neeme ajaloos selleks, et omada spetsiaalset stardiplatvormi, on neil ka baas Vandenbergi õhuväebaasis. 

Relativity Space'i patenteeritud tehnoloogiad on võimaldanud neil toota äsja disainitud 3D-printereid, mis kasutavad plasmakaarlahendust ja alumiiniumsulamitega keevitavaid lasereid kiirusega 10 tolli sekundis täielikult ettevõttesiseselt loodud keevitustraati. See on võimaldanud neil ennenägematutel kiirustel lõpptoodet paremini häälestada vastavalt nende konkreetsetele vajadustele. Masinõpe optimeerib sujuvam disain, mis paljudel juhtudel toodab osi, mida muidu oleks peaaegu võimatu toota.

Ellis ja tema meeskond pidid lahendama mitmeid ettenägematuid tehnilisi väljakutseid, näiteks metalli koolutamist. Sel juhul jõudis töörühm järeldusele, et parim lähenemisviis oli õppida igale sulamile omaseid kõverdumise täpseid spetsifikatsioone ja kasutada masinõppe algoritme, et oma programme paremini kohandada, et need sobiksid protsessis kasutatava konkreetse sulamiga. See võimaldas neil arvutada ja vastavalt kohandada, et integreerida osa koolutamine selle loomisel mõõtudesse. Ellis nendib, et raketi pikkuses on see algoritm toonud kaasa tolerantsi 2 tuhandiku tolli ulatuses. See on järjekordne näide sellest, kuidas masinõpe on tootmisele kasulik. 

Lihtsustamine tõstab prioriteetide nimekirja hüppeliselt üles

Varasemate raketiuuringute põlvkondade ajal oli koondamine kohustuslik iga NASA tehtud otsuse puhul. Võimaliku rikke korral peab igal osal olema vähemalt üks varuosa. Seda mõtlemist võib näha NASA rakettide mitme iteratsiooni käigus tehtavates inseneri- ja tootmisotsustes. Aga kus me seisame, kui eesmärk on vähendada osi ja lihtsustada rakettide tootmist? Kuidas see koondamist mõjutab?

Suhtelise ruumi puhul on raketi lihtsustamine koondamisele kasulik. Osade arvu vähenemine on otseses korrelatsioonis hoolduse lihtsuse ja võimalusega nõudmisel osi vahetada või remontida. Tänu 3D-printimise edusammudele ja kvaliteetsetele printeritele esitatavatele väiksematele suurusenõuetele on nüüd võimalik 3D-printereid kasutada mehitatud lendude lennuki pardal ja paigutada koloniseeritud planeetidele.

Seda on näha kõigis Terran 1 ja Terran T rakettides, alates nende ühest üksikosast toodetud sissepritsepihustitest kuni paisumiskambrite jahutussüsteemideni, mis on trükitud otse kuumutatud pindadele. Need liigsed lihtsustused on toonud kaasa töökindlamad ja kulutõhusamad osad, mida on võimalik valmistada peaaegu kõikjal, kus need printerile sobivad. See võimaldab ka vähendada hooldust ja seisakuid, kuna osade lahtivõtmiseks ja uuesti kokkupanekuks puuduvad praktilised nõuded.