Onko Relativity Space uudelleenmuokkaamassa avaruusteollisuutta?

Viimeisen 62 vuoden aikana Yhdysvaltain avaruusteollisuus on kehittynyt ja edennyt ulkoavaruuteen nopeammin kuin ihmiset olisivat voineet koskaan kuvitella, ulottuen Kuuhun ja kaukaisiin aurinkojärjestelmiin ja vielä pidemmälle. Mutta mitä jos kerrot, että tämä teollisuus on valmis kokemaan teknologisen vallankumouksen. Yritykset kuten Relativity Space ja SpaceX (SPCX ) ovat johtavina voimina yhdessä suurimman teknologisen ja valmistusteknisen muutoksen, jonka teollisuus on koskaan kokenut. Tässä artikkelissa tutkimme, mitä teknologioita ja keksintöjä Relativity Space hyödyntää tavoitteidensa saavuttamiseksi.

Kuka on Tim Ellis?

Jotta ymmärtäisimme Tim Ellisin paremmin, meidän on katsova vielä taaksepäin. Nuorena miehenä Tim tunnisti kykynsä hyperkäsittelyyn ja moniajoon legojen avulla, niin paljon, että Timilla on edelleen pysyvästi käyrä peukalo oikeassa kädessään legojen rakentamisen äärimmäisen määrän ja vaivan vuoksi.

Ellis aloitti Etelä-Kalifornian yliopistossa, jossa hän aikoi valmistua käsikirjoittajana ja opiskella osana USC:n aihekohtaista ohjelmaa. Kuitenkin hänen ensimmäisen vuoden opintojensa aikana hän vaihtoi pääaineeksi avaruustekniikan. Ellis ja Relativityn toinen perustaja ja tekninen johtaja, Jordan Noone, molemmat pitivät johtotehtäviä USC:n Raketinmoottorilaboratoriossa. Heidän aikanaan Raketinmoottorilaboratoriossa Ellis ja Noone auttoivat laukaisemassa ensimmäisen opiskelijoiden suunnittelemassa ja rakentamassa rakettia avaruuteen. USC:ssa opiskellessaan Ellis teki kolme harjoittelua Blue Originilla ja suoritti sekä kandidaatin että maisterin tutkinnon.

Valmistumisen jälkeen Ellis jatkoi työskentelemistä Blue Originilla viisi vuotta, keskittyen voimakkaasti 3D-tulostettuihin rakettiteknologioihin. Myöhemmin hän toimi suihkumoottorikehitysinsinöörinä miehistön kapselin RCS-työntömoottoreissa. Hänen myöhemmin katsotaan tuoneen 3D-tulostuksen sisään Blue Originille.

Alkuperä

Kun Ellis ja Noone viettivät aikaa kehittämällä lisäysteknologioita, jotka oli tarkoitettu erityisesti auttamaan rakettien ajoainetta, he tunnistivat tämän teknologian vaikutuksen painovuuden avaruusteollisuudelle ja päättivät jatkaa uraa rakettien valmistuksessa.

Ellis ja Noone perustivat Relativity Space Industriesin vuonna 2015. Aluksi he etsivät 500 000 dollarin siemensijoitusta, mutta koska heillä ei ollut kokemusta start-up-yritysten rahoittamisesta, Ellis päätti lähettää kylmän sähköpostin Mark Cubanille, ja hänen sähköpostinsa osoittautui riittävän vakuuttavaksi, jotta Mark päätti sijoittaa koko 500 000 dollaria. Vain yhden viikon kuluttua idean piirtämisestä Starbucksin muistikirjan sivuille saivat he varmistuksen rahoituksesta. Ellis ja Noone aloittivat villin matkansa, josta myöhemmin tulisi ainutlaatuinen menestystarina.

Ellis ja Noone, jotka kamppailivat kasvun tahdissa, myönsivät myöhemmin, että Markin rahoitus tuli niin nopeasti, ettei heillä ollut edes tilille, jonne rahat voitiin siirtää. Rahat ollessa kunnossa ja intohimolla valloittaa mikä tahansa tehtävä, he aloittivat monumentaalisen tehtävän luomalla täysin 3D-tulostettuja raketteja. Tähän mennessä Relativity Space on onnistunut keräämään 2,3 miljardia dollaria neljän rahoituskierroksen aikana.

Lisäysteknologia

Relativity Space kohtasi nyt monumentaalisen tehtävän luoda täysin 3D-tulostettuja raketteja, jotta voisi parantaa rakettialusten tuotantoa, laskea kustannuksia ja lisätä suunnittelun yksinkertaisuutta. Ellis ymmärsi, että 3D-tulostimet olivat ratkaisu tähän, koska ne pystyivät yksinkertaistamaan ja luomaan asioita nopeammin ja halvemmalla kuin aiemmat työkalut, ja tämä uusi teknologia oli lisäksi ympäristöystävällisempi ja energiatehokkaampi.

Testaamiseen kulunut aika lyheni jopa 10-kertaisesti. Esimerkiksi aiemmat raketin sukupolvet vaativat yli 10 vuotta teoriasta toimivaan tuotteeseen, kun taas Relativity Space pystyy tuottamaan prototyyppejä alle 60 päivässä. Mutta se ei ollut yhtä yksinkertaista kuin 3D-metallitulostimen ostaminen ja tuotannon aloittaminen, vaan Relativity Space joutui valmistamaan omat 3D-tulostimensa ja jopa kehittämään omat seokset tiiminsä omasta metalliasiantuntijasta. Nämä saavutukset ovat massiivisia itsessään, puhumattakaan siitä, että rakettien suunnittelussa on monia muita haasteita.

Lisäysteknologia oli ratkaisu lähes kaikkiin olemassa oleviin avaruusteollisuuden tuotantolinjojen ongelmiin. Se poistaa tarpeen erityisille työkaluille, nopeuttaa aikaa ideasta toimivaan tuotteeseen ja mahdollistaa Relativity Spacelle testata ja tuottaa huomattavasti enemmän iterointeja lyhyemmässä ajassa kuin mikään muu raketinvalmistaja. Kun puhutaan teollisuudesta, joka käsittelee miljoonia ja usein jopa miljardeja arvokkaita rahtia, nämä teknologiat on testattava, todistettava ja testattava. Huolimatta näistä esteistä yritys on saanut eniten esisopimuksia yksityisen sektorin avaruusyrityksistä Yhdysvaltain historiassa, vahvistaen 3D-tulostuksen idean ja osoittaen, että sijoittajat ovat valmiit avaruusteollisuuden teknologisen edistymisen, jonka Ellis ja Noone kuvittelivat.

Relativity Space 4g-tulostin.

Avaruusteollisuuden volyymi

Pitkään avaruusrakennuksen ongelmana on ollut kustannukset, mikä on asettanut korkean kynnyksen, joka on estänyt vähemmän kehittyneitä maita laukaisemasta avaruusohjelmia. Oletettiin, että avaruusrakennus ei olisi kannattavaa yksityisellä sektorilla, kunnes SpaceX ja Blue Origin osoittivat vastakkaisen. Relativity Space on uusi tulokas, joka häiritsee tätä teollisuutta tyydyttääkseen maailmanlaajuisia tarpeita. Koska satelliittien ja raketinlaukaisujen kysyntä kasvaa, avaruusrakennuksen kysyntä kasvaa eksponentiaalisesti. Tällä hetkellä avaruusteollisuus on arvoltaan 350 miljardia dollaria, ja Morgan Stanleyn mukaan se kasvaa 1,1 biljoonaan dollariksi vuoteen 2040 mennessä.

Lähes 50 % avaruusteollisuudesta on satelliittien laukaisuja, ja tunnistaen tämän, yksityinen sektori on suunnannut itsensä enemmän käytännölliseen suuntaan, joka on sovellettavissa satelliittien jakeluun matalalla kiertoradalla. Tämä on hyödyllistä usealla tavalla, avaruudessa olevan rahtivaraston tarve kasvaa, ja meidän on löydettävä ratkaisuja, jotka soveltuvat suurten määrien siirtämiseen pitkille matkoille vieraisiin planeettoihin. Jos me aikomme terraformata planeetan, kuten Mars, meidän on kyettävä valmistamaan ja luomaan siellä, emme voi odottaa, että rahti toimitetaan tarpeen mukaan kuukausien päässä olevaan planeettaan.

Relativity Space, Terran 1:llä ja Terran R:llä, on voimakkaasti keskittynyt rahtiliikenteen tarpeisiin. Terran 1 (85 % 3D-tulostettu) on tarkoitettu 2700 naulan hyötykuormaan, ja se on omistettu ennen kaikkea tietojenkeruuteknologioille sen testaamisen ja valmistautumisen aikana ennen Terran R:n laukaisua vuonna 2024. Terran R (95 % 3D-tulostettu) on odotettavissa 44 000 naulan hyötykuormaa. Terran 1 on sovellettavissa matalalle kiertoradalle, ja Terran R:n tavoitteena on lentää Marsiin vuonna 2024.

Relativity Space

Relativity Space on kasvanut yritykseksi, jonka arvo on 4,2 miljardia dollaria, ja se on saavuttanut yli 1,3 miljoonan neliöjalan valmistustilaa erittäin lyhyessä ajassa. Yritys on saanut useita patenteja 3D-tulostusteknologioistaan ja jopa joistakin seoksistaan. Yritys pystyy tekemään tämän osittain sen ansiosta, että se tekee kaiken tarvittavan teknologian itse, kun taas muut raketinvalmistajat riippuvat toimittajaketjuista ja ulkopuolisista valmistajista. Relativity Space tekee tämän itse yhdellä neljästä varastostaan ympäri Yhdysvaltoja. He eivät ole vain onnistuneet tuomaan kaikki tarvittavat teknologiat sisään, vaan he ovat myös onnistuneet saamaan omistaman laukaisupaikan Cape Canaveralin historiassa, heillä on myös tukikohta Vandenbergin ilmavoimien tukikohdassa.

Relativity Spacen omat teknologiat ovat mahdollistaneet yritykselle uusien 3D-tulostimien valmistamisen, jotka käyttävät plasma-kaari- ja laserhitsausta alumiiniseoksilla 10 tuuman sekuntivauhtia, ja ne on suunniteltu täysin sisäisesti. Tämä on mahdollistanut heille lopputuotteen paremman säätämisen omiin tarpeisiinsa ennennäkemättömällä nopeudella. Konemääräinen oppiminen optimoi sujuvamman suunnittelun, ja useissa tapauksissa se tuottaa osia, jotka olisivat muuten lähes mahdottomia valmistaa.

Ellis ja hänen tiiminsä joutuivat ratkaisemaan useita odottamattomia teknisiä haasteita, kuten metallin vääntymistä. Tässä tapauksessa tiimi päätteli, että paras lähestymistapa oli oppia tarkat määritykset vääntymisestä, joka on ominaista kullekin seokselle, ja käyttää konemääräistä algoritmeja sovittamaan ohjelmia kullekin seokselle, jota käytetään prosessissa. Tämä mahdollisti heidän laskemisen ja sopeuttamisen vääntymisen osan mittoihin, kun se luotiin. Ellis kertoo, että raketin pituuden aikana tämä algoritmi on johtanut 2 tuhannesosan toleranssiin tuumaa kohden. Tämä on vielä yksi esimerkki siitä, miten konemääräinen oppiminen voi hyödyttää valmistusta.

Yksinkertaisuus nousee prioriteettien kärkeen

Aikaisemmissa raketin tutkimuksessa redundanssi oli pakollinen jokaiselle päätökselle, jonka NASA teki. Jokaisen osan olisi oltava vähintään yksi varaosapari. Tämä ajattelu näkyy insinöörin ja valmistus päätöksissä useissa NASAn raketin iteroinneissa. Mutta missä me olemme, kun tavoitteena on vähentää osia ja yksinkertaistaa raketin valmistusta? Miten tämä vaikuttaa redundanssiin?

Relativity Spacen tapauksessa raketin yksinkertaisuus on hyödyllistä redundanssille. Osien määrän vähentäminen korreloi suoraan ylläpidon helppoutta ja osien vaihtamisen tai korjaamisen mahdollisuutta tarpeen mukaan. 3D-tulostuksen ja korkealaatuisten tulostimien koon vähenemisen ansiosta on nyt mahdollista sijoittaa 3D-tulostimia lentokoneisiin miehitetyillä lennoilla ja mahdollisesti asettaa ne siirtokunnille.

Tämä voidaan nähdä Terran 1- ja Terran T -raketeissa, joissa ruiskutusnozzlet on valmistettu yhdestä osasta ja laajentumiskammion jäähdytysjärjestelmät on tulostettu suoraan kuumiin pinnoihin. Nämä yksinkertaistukset ovat johtaneet luotettavampiin ja kustannustehokkaampiin osiin, jotka voidaan valmistaa melkein missä tahansa, missä tulostin voidaan asettaa. Tämä mahdollistaa myös vähennetun huollon ja keskeytyksen, koska ei ole enää tarvetta käsinpurkamiselle ja -kokoonpanolle.