La relativité de l’espace révolutionne-t-elle l’industrie spatiale ?

Au cours des 62 dernières années, l’industrie spatiale américaine a conçu et développé son chemin dans l’espace à un rythme plus rapide que ce que les humains auraient pu imaginer, allant de notre lune à des systèmes solaires éloignés et au-delà. Mais que se passerait-il si je vous disais que cette industrie est sur le point de connaître un changement de paradigme technologique ? Des entreprises comme Relativity Space et SpaceX sont à la tête de l’un des plus grands changements technologiques et de fabrication que l’industrie ait jamais connu. Dans cet article, nous allons explorer les technologies et les progrès que Relativity Space utilise pour conquérir cet objectif.

Qui est Tim Ellis ?

Pour mieux comprendre Tim Ellis, nous devons regarder plus loin. En tant que jeune homme, Tim a reconnu sa capacité à se concentrer et à faire plusieurs choses à la fois grâce à son obsession pour Lego, à tel point que Tim a encore un pouce droit permanentement plié à cause du temps et de l’effort consacrés à la construction de Lego.

Ellis a commencé à l’Université de Californie du Sud, où il prévoyait de diplômer en tant que scénariste et d’étudier dans le cadre du programme Thematic Option de l’USC. Cependant, lors de son orientation de première année, il a changé de spécialisation pour l’ingénierie aérospatiale. Ellis et le co-fondateur de Relativity, le CTO, Jordan Noone, occupaient tous deux des postes de direction au Rocket Propulsion Lab de l’USC. Pendant leur séjour au Rocket Propulsion Lab, Ellis et Noone ont aidé à lancer le premier fusée conçu et construit par des étudiants dans l’espace. Alors qu’il fréquentait l’USC, Ellis a effectué 3 stages chez Blue Origin et a obtenu un baccalauréat en sciences et une maîtrise en sciences.

Après l’obtention de son diplôme, Ellis a continué à travailler à plein temps chez Blue Origin pendant 5 ans, en se concentrant fortement sur les technologies de fusées imprimées en 3D. Plus tard, il a occupé le poste d’ingénieur de développement de propulsion sur les propulseurs RCS de la capsule d’équipage. Il serait plus tard crédité d’avoir apporté l’impression 3D en interne à Blue Origin.

Les origines

Alors qu’Ellis et Noone passaient leur temps à développer des technologies de fabrication additive spécifiquement conçues pour aider la propulsion des fusées, ils ont reconnu la gravité de l’impact de ces technologies sur l’industrie spatiale et ont décidé de poursuivre une approche plus ambitieuse de fabrication de fusées.

Ellis et Noone allaient lancer Relativity Space Industries en 2015. Initialement, ils cherchaient à lever 500 000 dollars en fonds de démarrage, mais sans expérience réelle dans la collecte de fonds pour une start-up, Ellis a décidé d’envoyer un courriel à froid à Mark Cuban, apparemment son courriel était suffisamment convaincant pour convaincre Mark d’investir les 500 000 dollars. En une semaine, de l’idée esquissée sur un mouchoir en papier de Starbucks à la sécurisation du financement. Ellis et Noone allaient commencer le parcours fou qui allait devenir une histoire de succès unique.

Ellis et Noone, qui essayaient de suivre le rythme de la croissance, ont plus tard reconnu que le financement de Mark était venu si rapidement qu’ils n’avaient même pas d’endroit où déposer les fonds. Avec les fonds en place et l’ambition de conquérir n’importe quelle tâche, ils ont commencé la tâche monumentale de créer des fusées entièrement imprimées en 3D. À ce jour, Relativity Space a réussi à lever 2,3 milliards de dollars au cours de 4 rounds.

Fabrication additive

Relativity Space était maintenant confrontée à la tâche monumentale de créer des fusées entièrement imprimées en 3D pour améliorer la production de navires spatiaux, diminuer les coûts et augmenter la simplicité de conception. Ellis a compris que les imprimantes 3D étaient la réponse à cela en raison de leur capacité à simplifier et à créer des choses plus rapidement et à moindre coût que les méthodes d’outillage précédentes, et en prime, cette nouvelle technologie était plus verte et plus énergétiquement efficace.

Le temps de test a été réduit dans certains cas de 10 fois. Par exemple, les générations précédentes de fusées nécessitaient jusqu’à 10 ans pour passer de la théorie à un produit viable, et Relativity Space peut produire des prototypes en moins de 60 jours. Mais ce n’était pas aussi simple que d’acheter une imprimante 3D métallique et de commencer la production, Relativity Space a dû fabriquer ses propres imprimantes 3D et même concevoir en interne ses propres alliages dérivés de son équipe de spécialistes des métaux. Ces réalisations sont massives en soi, sans parler des complications restantes qui existent lors de la conception de fusées.

La fabrication additive était susceptible de résoudre presque tous les problèmes existants de l’industrie spatiale en matière de production, elle élimine le besoin d’outillage spécial, accélère le temps entre l’idée et le produit viable, et permet à Relativity Space de tester et de produire considérablement plus d’itérations en un laps de temps plus court que tout autre fabricant de fusées. Lorsque l’on parle d’une industrie qui traite des millions et souvent même des milliards en cargaison précieuse, ces technologies doivent être testées, vraies et éprouvées. Malgré ces obstacles, l’entreprise a reçu le plus grand nombre de précommandes de toute entreprise spatiale privée de l’histoire américaine, renforçant l’idée d’impression 3D et prouvant que les investisseurs sont prêts pour les progrès technologiques de l’industrie spatiale que Ellis et Noone ont imaginés.

Relativity Space 4g imprimante.

Volume de l’industrie spatiale

Le problème persistant avec les voyages spatiaux a été l’accessibilité, ce seuil élevé a empêché les nations moins puissantes de lancer des programmes spatiaux. On supposait également que les voyages spatiaux ne seraient jamais viables dans le secteur privé jusqu’à ce que SpaceX et Blue Origin le prouvent faux. Relativity Space est un nouveau venu qui perturbe cette industrie pour répondre aux besoins des nations du monde entier. Alors que notre demande de satellites et de lancements de fusées augmente, la demande de voyages spatiaux augmente de manière exponentielle. Actuellement, l’industrie spatiale est évaluée à 350 milliards de dollars et selon Morgan Stanley, elle devrait atteindre 1,1 billion de dollars d’ici 2040.

Près de 50 % de l’industrie spatiale est constituée de lancements de satellites, en reconnaissant cela, le secteur privé s’est orienté de manière plus utilitaire, mieux adaptée à la distribution de satellites en orbite basse. C’est bénéfique de plus d’une manière, le besoin de cargaison dans l’espace augmente et nous avons besoin de solutions les mieux adaptées au transport de grandes quantités sur de longues distances vers des planètes étrangères. Si nous devons terraformer une planète comme Mars, nous devrons avoir la capacité de fabriquer et de créer sur la planète, nous ne pouvons pas nous attendre à expédier des cargaisons au besoin vers une planète qui se trouve à des mois de distance.

Relativity Space, avec Terran 1 et Terran R, se concentre fortement sur les besoins de distribution de cargaison. Terran 1 (85 % imprimé en 3D) aura une charge utile de 2700 livres, ce qui sera fortement dédié aux technologies de collecte d’informations à bord alors qu’ils testent et se préparent à lancer Terran R en 2024, Terran R (95 % imprimé en 3D) devrait avoir une charge utile de 44 000 livres. Tarran 1 est mieux adapté aux missions en orbite basse, avec Terran R ayant pour objectif de voler vers Mars en 2024.

Relativity Space

Relativity Space est devenue une entreprise qui soutient une évaluation de 4,2 milliards de dollars et a sécurisé plus de 1,3 million de pieds carrés d’espace de fabrication en un laps de temps remarquablement court. L’entreprise a été octroyée plusieurs brevets entourant ses technologies d’impression 3D et même certains de ses alliages. L’entreprise peut le faire en partie grâce à la fabrication complète en interne, alors que d’autres fabricants de fusées s’appuient sur des chaînes d’approvisionnement et des fabricants externes. Relativity Space le fait tout seul dans l’un de ses 4 entrepôts répartis aux États-Unis. Non seulement ont-ils réussi à apporter toutes les technologies nécessaires en interne, mais ils ont également réussi à devenir la quatrième entreprise de l’histoire de Cape Canaveral à avoir une rampe de lancement dédiée, ils ont également une base à la base aérienne de Vandenberg.

Les technologies propriétaires de Relativity Space leur ont permis de fabriquer de nouvelles imprimantes 3D utilisant le décharge plasma et les lasers de soudage avec des alliages d’aluminium à un rythme de 10 pouces par seconde de fil de soudage conçu entièrement en interne. Cela leur a permis de mieux ajuster le produit final pour répondre à leurs besoins spécifiques à des vitesses jamais vues. L’apprentissage automatique optimise une conception plus fluide, dans de nombreux cas produisant des pièces qui seraient autrement presque impossibles à fabriquer.

Ellis et son équipe ont dû résoudre plusieurs défis techniques imprévus, tels que le gauchissement des métaux. Dans ce cas, l’équipe a conclu que la meilleure approche était d’apprendre les spécifications exactes de gauchissement inhérentes à chaque alliage et d’utiliser les algorithmes d’apprentissage automatique pour mieux ajuster leurs programmes pour répondre à l’alliage spécifique utilisé pour le processus. Cela leur a permis de calculer et d’ajuster en conséquence pour intégrer le gauchissement de la pièce dans les mesures lors de sa création. Ellis déclare que sur la longueur de la fusée, cet algorithme a conduit à une tolérance dans les 2 millième de pouce. C’est encore un autre exemple de la manière dont l’apprentissage automatique est susceptible de bénéficier à la fabrication.

Simplification en tête de liste de priorités

Dans les générations précédentes d’exploration spatiale, la redondance était obligatoire pour chaque décision prise par la NASA. En cas de défaillance potentielle, chaque pièce nécessitait d’avoir au moins une pièce de rechange. Cette pensée peut être vue dans les décisions d’ingénierie et de fabrication tout au long des plusieurs itérations des fusées de la NASA. Mais où en sommes-nous lorsque l’objectif est de réduire les pièces et de simplifier la fabrication des fusées ? Comment cela affectera-t-il la redondance ?

Dans le cas de Relativity Space, la simplification de la fusée est bénéfique pour la redondance. La réduction du nombre de pièces est directement corrélée à la facilité de maintenance et à la capacité de changer ou de réparer les pièces à la demande. Avec les progrès de l’impression 3D et la diminution de la taille requise pour les imprimantes de haute qualité, il est maintenant possible d’avoir des imprimantes 3D à bord des avions en vol habité et potentiellement être stationnées sur des planètes colonisées.

Cela peut être vu tout au long de Terran 1 et de Terran T, des buses d’injection produites à partir d’une seule pièce aux systèmes de refroidissement des chambres de dilatation imprimés directement sur les surfaces chauffées. Ces sur-simplifications ont abouti à des pièces plus fiables et plus rentables qui peuvent être réalisées presque partout où ils peuvent gérer de faire tenir l’imprimante. Cela permettra également une maintenance et un temps d’arrêt réduits en raison du manque de nécessité de démonter et de remonter les pièces à la main.