Onko Relativity Space uudelleenmuokkaamassa avaruusteollisuutta?

Menneiden 62 vuoden aikana amerikkalainen avaruusteollisuus on insinöörinnyt ja kehittänyt tiensä ulkoavaruuteen nopeammin kuin ihmiset olisivat voineet koskaan kuvitella, ulottuen kuuhun ja etäisiin aurinkokuntiin ja sen tuolle puolen. Mutta mitä jos kerrot, että tämä teollisuus on valmis kokemaan teknologisen murroksen. Yritykset kuten Relativity Space ja SpaceX ovat kärjessä yhdessä suurimmista teknologisen ja valmistuksen muutoksista, jonka teollisuus on koskaan kokenut. Tässä artikkelissa tutkimme, mitä teknologioita ja keksintöjä Relativity Space hyödyntää saavuttaakseen tämän tavoitteen.

Kuka on Tim Ellis?

Jotta voimme paremmin ymmärtää Tim Ellisin, meidän on katettava taempana. Nuorena miehenä Tim tunnisti kykynsä hyperkohdistaa ja moniaikata sekä hänen intohimonsa Legoja kohtaan, niin paljon, että Timillä on edelleen pysyvästi käyrä peukalo oikeassa kädessään äärimmäisen pitkän ja vaativan ajan ja vaivannäön jälkeen Legoja rakennettaessa.

Ellis aloitti Etelä-Kalifornian yliopistossa, jossa hän aikoi valmistua käsikirjoittajana ja opiskella osana USC:n Thematic Option -ohjelmaa. Hän kuitenkin vaihtoi pääaineensa avaruustekniikkaan freshman-orientaation aikana. Ellis ja Relativityn toinen perustaja ja CTO, Jordan Noone, molemmat pitivät johtotehtäviä USC:n Rocket Propulsion Lab -yksikössä. Aikanaan Rocket Propulsion Labissa Ellis ja Noone auttoivat laukaisemassa ensimmäisen opiskelijoiden suunnittelemasta ja rakentamasta rakettista avaruuteen. USC:ssa opiskellessaan Ellisilla oli 3 harjoittelupaikkaa Blue Originissa ja hän sai sekä Bachelor of Science -tutkinnon että Master of Science -tutkinnon.

Valmistumisensa jälkeen Ellis jatkoi työskentelemistä Blue Originissa täysipäiväisesti 5 vuoden ajan, keskittyen voimakkaasti 3D-tulostettuihin rakettiteknologioihin. Myöhemmin hän toimi propulsiokehitysinsinöörinä miehistön kapselin RCS-työntömoottoreissa. Hänet myöhemmin kiitettiin 3D-tulostuksen tuomisesta Blue Originin sisäiseen käyttöön.

Alku

Kun Ellis ja Noone viettivät aikaansa kehittäen lisävalmistusteknologioita, jotka on suunniteltu erityisesti auttamaan rakettien propulsiota, he tunnistivat tämän teknologian vaikutuksen avaruusteollisuuteen ja päättivät jäljitellä kunnianhimoisempaa lähestymistapaa rakettien valmistukseen.

Ellis ja Noone perustivat Relativity Space Industriesin vuonna 2015. Aluksi he pyysivät 500 000 dollarin siemensijoitusta, mutta olematta oikeasti kokemusta siirtymisestä yrityksen perustamiseen, Ellis meni riskiin ja päätti lähettää kylmän sähköpostin Mark Cubanille, ilmeisesti hänen sähköpostinsa oli tarpeeksi vakuuttava saadakseen Markin vakuutettua sijoittamaan koko 500 000 dollarin summan. Vain yhden viikon päästä ideasta, joka oli piirretty Starbucksin nenäliinaan, he saivat rahoituksen. Ellis ja Noone aloittivat villin matkan, josta myöhemmin tulisi ainutlaatuinen menestystarina.

Ellis ja Noone, jotka kamppailivat pysyäkseen kasvun tahdissa, myönsivät myöhemmin, että Markin rahoitus tuli niin nopeasti, että heillä ei ollut edes paikkaa, minne rahat voitiin tallettaa. Rahoituksen ollessa kunnossa ja intohimolla voittaa mikä tahansa annettu tehtävä, he alkoivat valtavan tehtävän, jossa he loivat täysin 3D-tulostettuja raketteja. Tähän mennessä Relativity Space on onnistunut keräämään 2,3 miljardia dollaria neljän kierroksen aikana.

Lisävalmistus

Relativity Space kohtasi nyt valtavan tehtävän luoda täysin 3D-tulostettuja raketteja, jotta voisi parantaa rakettialusten tuotantoa, laskea kustannuksia ja yksinkertaistaa suunnittelua. Ellis ymmärsi, että 3D-tulostimet olivat vastaus tähän, koska ne pystyvät yksinkertaistamaan ja luomaan asioita nopeammin ja halvemmalla kuin aiemmat työkalumenetelmät, ja bonuksena tämä uusi teknologia oli ympäristöystävällisempi ja energiatehokkaampi.

Testaamiseen kuluvan ajan lyhennettiin joissakin tapauksissa jopa 10-kertaisesti. Esimerkiksi aiemmat sukupolvet raketteja kestivät jopa 10 vuotta teoriasta toimivaan tuotteeseen, ja Relativity Space pystyy tuottamaan prototyyppejä alle 60 päivässä. Mutta se ei ollut yhtä yksinkertaista kuin metallisen 3D-tulostimen ostaminen ja tuotannon aloittaminen, Relativity Space joutui valmistamaan omat 3D-tulostimensa ja jopa kehittämään sisäisesti oman seoksen, joka perustui heidän metalliasiantuntijansa omiin metalliseoksiin. Nämä saavutukset ovat valtavia itsessään, puhumattakaan siitä, että rakettien suunnittelussa on monia muita ongelmia.

Lisävalmistus voi ratkaista melkein kaikki olemassa olevat avaruusteollisuuden tuotantolinjojen ongelmat, se poistaa tarpeen erityisille työkaluille, nopeuttaa aikaa ideasta toimivaan tuotteeseen ja sallii Relativity Spacelle testata ja tuottaa merkittävästi enemmän iterointeja lyhyemmässä ajassa kuin mikään muu rakettien valmistaja. Kun puhutaan teollisuudesta, joka käsittelee arvokkaita rahti- ja usein jopa miljardien arvosta, nämä teknologiat on testattava, luotettava ja testattava. Huolimatta näistä esteistä, yritys on saanut eniten ennakkotilauksia yksityisellä sektorilla toimivasta avaruusteollisuusyhtiöstä Amerikan historiassa, vahvistaen 3D-tulostuksen idean ja osoittaen, että sijoittajat ovat valmiit teknologisen edistymisen avaruusteollisuudessa, jonka Ellis ja Noone kuvittelivat.

Relativity Space 4g printer.

Avaruusteollisuuden tilavuus

Avaruusrakettien pitkäaikainen ongelma on ollut kustannukset, tämä korkea kynnys on estänyt vähemmän kehittyneitä maita laukaisemasta avaruusohjelmia. Oletettiin myös, että avaruusraketteja ei koskaan olisi mahdollista toteuttaa yksityissektorilla, kunnes SpaceX ja Blue Origin osoittivat vastakkaisen. Relativity Space on uusi tulokas, joka häiritsee tätä teollisuutta tyydyttääkseen maailmanlaajuiset tarpeet. Koska satelliittien ja rakettien laukaisujen kysyntä kasvaa, avaruusrakettien kysyntä kasvaa eksponentiaalisesti. Tällä hetkellä avaruusteollisuus on arvoltaan 350 miljardia dollaria ja Morgan Stanleyn mukaan se odotetaan kasvavan 1,1 biljoonaan dollariin vuoteen 2040 mennessä.

Lähes 50 % avaruusteollisuudesta on satelliittilaukaisuja, tunnistaen tämän, yksityissektori on suunnannut itsensä enemmän käytännölliseen tapaan, joka on paremmin sovellettavissa matalan kiertoradan satelliittien jakeluun. Tämä on hyödyllistä useammalla tavalla, avaruudessa olevan rahtitarpeen kasvaessa meidän on löydettävä ratkaisuja, jotka ovat parhaiten sovellettavissa suurten määrien siirtämiseen pitkille matkoille vieraisiin planeettoihin. Jos aikomme on terraformata planeetta kuten Mars, meidän on kyettävä valmistamaan ja luomaan planeetalla, emme voi odottaa, että rahti toimitetaan tarpeen mukaan planeetalle, joka on kuukausien päässä.

Relativity Space, Terran 1:llä ja Terran R:llä, keskittyy voimakkaasti rahtiliikenteen tarpeisiin. Terran 1 (85 % 3D-tulostettu) on lastikapasiteetiltaan 2700 naulaa, ja se on omistettu tietojen keräämiselle tarkoitettujen teknologioiden mukana, kun he testaavat ja valmistelevat Terran R:n laukaisua vuonna 2024, Terran R (95 % 3D-tulostettu) on odotettavissa lastikapasiteetiltaan 44 000 naulaa. Terran 1 on paremmin sovellettavissa mataliin kiertoratastehtäviin, kun taas Terran R:n tavoitteena on lentää Marsiin vuonna 2024.

Relativity Space

Relativity Space on kasvanut yhtiöksi, joka tukee 4,2 miljardin dollarin arvon, ja se on saavuttanut yli 1,3 miljoonan neliöjalan valmistustilaa erittäin lyhyessä ajassa. Yritykselle on myönnetty useita patenteja sen 3D-tulostusteknologioista ja jopa joistakin sen seoksista. Yritys pystyy tähän osittain, koska se valmistaa kaiken tarvittavan teknologian itse, eikä riipu toimittajaketjuista tai ulkopuolisista valmistajista. Relativity Space tekee tämän kaiken itse yhdellä neljästä varastostaan ympäri Yhdysvaltoja. He eivät ole vain onnistuneet tuomaan kaikki tarvittavat teknologiat taloon, vaan he ovat myös onnistuneet saamaan oikeuden omistaa rakettien laukaisupaikan Cape Canaveralissa, heillä on myös tukikohta Vandenbergin ilmavoimien tukikohdassa.

Relativity Space:n omistamat teknologiat ovat mahdollistaneet heille valmistaa uusia 3D-tulostimia, jotka käyttävät plasma-kaari- ja laserhitsausta alumiiniseoksilla 10 tuuman sekuntivauhtia, ja ne on suunniteltu täysin sisäisesti. Tämä on mahdollistanut heille paremman lopputuotteen sovittamisen heidän tarkoituksiinsa ennennäkemättömällä nopeudella. Machine learning optimoi enemmän sujuvan 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 parhaan lähestymistavan oli oppia tarkat määritykset vääntymisestä, joka on ominaista kullekin seokselle, ja käyttää machine learning -algoritmeja sovittamaan ohjelmiaan sopimaan käytettävään seokseen. Tämä mahdollisti heille laskemaan ja sovittamaan vääntymisen osan mittoihin, kun se luotiin. Ellis toteaa, että rakettien pituuden yli, tämä algoritmi on johtanut 2 tuhannesosan tolleranssiin tuumaa kohden. Tämä on vielä yksi esimerkki siitä, miten machine learning voi hyödyttää valmistusta.

Yksinkertaisuuden priorisointi

Aikaisemmissa avaruusrakettien sukupolvissa, turvallisuuden varmistamiseksi jokaiseen päätökseen, joka NASA teki, vaadittiin aina vähintään yksi varapuoli. Tätä ajattelutapaa voidaan nähdä insinöörien ja valmistajien päätöksissä useissa NASAn rakettien sukupolvissa. Mutta missä me olemme, kun tavoitteena on vähentää osia ja yksinkertaistaa rakettien valmistusta? Miten tämä vaikuttaa turvallisuuteen?

Relativity Space:n tapauksessa rakettien yksinkertaisuus on hyödyllistä turvallisuudelle. Osien määrän vähentäminen korreloi suoraan ylläpidon helppoutta ja osien vaihtamisen tai korjaamisen mahdollisuutta tarpeen mukaan. 3D-tulostuksen ja pienempien, laadukkaiden tulostimien kehityksen 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 yksittäisestä osasta ja laajenevien kammioitten jäähdytysjärjestelmät on tulostettu suoraan kuumiin pinnoille. Nämä yksinkertaistukset ovat johtaneet luotettavampiin ja kustannustehokkaampiin osiin, jotka voidaan valmistaa melkein missä tahansa, missä tulostin voidaan asentaa. Tämä myös mahdollistaa vähennetyn ylläpidon ja vähennetyn käyttökatkon, koska osien purkamiseen ja uudelleenkokoonpanoon ei vaadita enää käsiin koskettelemista.