Relativity Space réinvente-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 diriez-vous 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 (SPCX ) 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 atteindre 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 qu’il a encore un pouce droit permanentement courbé 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 spécialité pour l’ingénierie aérospatiale. Ellis et le co-fondateur et directeur technique de Relativity, Jordan Noone, occupaient tous deux des postes de direction au Laboratoire de propulsion de fusées de l’USC. Pendant leur séjour au Laboratoire de propulsion de fusées, Ellis et Noone ont aidé à lancer le premier fusée conçu et construit par des étudiants dans l’espace. Pendant 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 pour 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 pour les propulseurs de capsule d’équipage RCS. Il a ensuite été crédité pour avoir introduit l’impression 3D en interne chez 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 l’importance de ces technologies sur l’industrie spatiale et ont décidé de poursuivre une approche plus ambitieuse de fabrication de fusées.

Ellis et Noone ont lancé 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 e-mail à Mark Cuban, apparemment son e-mail était suffisamment convaincant pour que Mark investisse les 500 000 dollars. En une semaine, de l’idée esquissée sur une serviette de Starbucks (SBUX ) à l’obtention du financement, Ellis et Noone ont commencé l’aventure 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 de compte pour 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, réduire 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 de fabrication précédentes, et en prime, cette nouvelle technologie était plus verte et plus économe en énergie.

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 est susceptible de résoudre presque tous les problèmes existants de l’industrie spatiale en matière de lignes de production, elle élimine le besoin de outillage spécial, accélère le temps entre l’idée et le produit viable, et permet à Relativity Space de tester et de produire substantiellement 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 des milliards de dollars de cargaison précieuse, ces technologies doivent être testées, éprouvées et testées. 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 de l’impression 3D et prouvant que les investisseurs sont prêts pour les progrès technologiques dans l’industrie spatiale que Ellis et Noone ont imaginés.

Imprimante 3D Relativity Space 4g.

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. À mesure 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 (MS ) d’ici 2040.

Près de 50 % de l’industrie spatiale sont des 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 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 de la cargaison au besoin vers une planète qui se trouve des mois plus loin.

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 1 200 kg, ce qui sera principalement dédié aux technologies de collecte d’informations à bord lorsqu’ils testeront et se prépareront à lancer Terran R en 2024, Terran R (95 % imprimé en 3D) devrait avoir une charge utile de 20 000 kg. 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 dotée d’une évaluation de 4,2 milliards de dollars et a sécurisé plus de 1,3 million de pieds carrés d’espace de fabrication dans 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, où 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 aire 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 d’arc 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 auparavant. 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 millièmes de pouce. C’est encore un autre exemple de la manière dont l’apprentissage automatique peut bénéficier à la fabrication.

La simplification des fusées passe en tête de liste

Dans les générations précédentes de l’exploration des fusées, la redondance était obligatoire pour chaque décision prise par la NASA. En cas de défaillance potentielle, chaque pièce nécessitait 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 des pièces à la demande. Avec les progrès de l’impression 3D et la réduction de la taille requise pour les imprimantes de haute qualité, il est maintenant possible d’avoir des imprimantes 3D à bord des aéronefs en vol habité et potentiellement stationnées sur des planètes colonisées.

Cela peut être vu tout au long des fusées Terran 1 et Terran T, des buses d’injection produites à partir d’une seule pièce aux systèmes de refroidissement des chambres de combustion imprimés directement dans les surfaces chauffées. Ces sur-simplifications ont abouti à des pièces plus fiables et plus rentables qui peuvent être fabriquées presque partout où l’on peut installer l’imprimante. Cela permettra également de réduire la maintenance et les temps d’arrêt en raison de l’absence de besoins manuels pour démonter et réassembler la pièce.