Preoblikuje li prostor relativnosti svemirsku industriju?

Tijekom protekle 62 godine, američka svemirska industrija projektirala je i razvila svoj put u svemir brzinom većom nego što su ljudi ikada mogli zamisliti, posežući za našim mjesecom sve do dalekih solarnih sustava i šire. Ali što ako vam kažem da će ova industrija doživjeti promjenu paradigme u tehnologijama. Tvrtke poput Relativity Space i SpaceX predvode jedan od najvećih pomaka u tehnologiji i proizvodnji koje industrija može doživjeti. U ovom ćemo članku istražiti koje tehnologije i pojave Relativity Space koristi za postizanje ovog cilja.

Tko je Tim Ellis?

Da bismo bolje razumjeli Tima Ellisa, moramo pogledati u prošlost. Kao mladić Tim je prepoznao svoju sposobnost hiperfokusiranja i obavljanja više zadataka kroz svoju opsjednutost Lego kockama, toliko da Tim još uvijek ima trajno savijen palac na desnoj ruci zbog ekstremne količine vremena i truda uloženog u gradnju Lego kockica.

Ellis je započeo u University of Southern California, gdje je planirao diplomirati kao scenarist i studirati kao dio programa USC Thematic Option. Međutim, tijekom brucoške orijentacije, prebacio je svoj smjer na zrakoplovno inženjerstvo. Ellis and Relativity je drugi suosnivač i tehnički direktor, Jordan Noone, obojica su bili na vodećim pozicijama u USC-ovom laboratoriju za raketni pogon. Tijekom svog vremena u Rocket Propulsion Labu, Ellis i Noone pomogli su u lansiranju prve rakete koju su dizajnirali i izradili studenti u svemir. Dok je pohađao USC Ellis je imao 3 stažiranja s Blue Originom i stekao diplomu prvostupnika i magistra znanosti.

Nakon diplome Ellis je nastavio raditi s punim radnim vremenom za Blue Origin 5 godina, snažno se fokusirajući na 3D tiskan raketne tehnologije. Kasnije je radio kao inženjer za razvoj propulzije na RCS potisnicima kapsule za posadu. Kasnije će mu se pripisati zasluge za dovođenje 3D ispisa unutar tvrtke u Blue origin. 

Porijeklo

Dok su Ellis i Noone provodili svoje vrijeme razvijajući tehnologije aditivne proizvodnje posebno osmišljene za pomoć pri pogonu raketa, prepoznali su ozbiljnost utjecaja ove tehnologije na svemirsku industriju i odlučili su slijediti ambiciozniji pristup proizvodnji raketa. 

Ellis i Noone pokrenut će Relativity Space Industries 2015. U početku su nastojali prikupiti 500,000 dolara u početnom novcu, ali bez stvarnog iskustva u prikupljanju sredstava za start-up, Ellis je izašao na kraj i odlučio hladno poslati e-mail Marku Cubanu, očito bi njegov e-mail bio dovoljno uvjerljiv da uvjeri Marka da uloži svih 500,000 dolara. Više od tjedan dana od ideje skicirane na Starbucks salveti do osiguravanja financiranja. Ellis i Noone započeli su divlju vožnju koja će kasnije postati jedinstvena priča o uspjehu. 

Ellis i Noone pokušavajući održati korak s rastom kasnije će priznati da je financiranje od Marka stiglo tako brzo da zapravo nisu imali gdje položiti sredstva. S raspoloživim sredstvima i ambicijom da svladaju bilo koji zadani zadatak, započeli su monumentalni zadatak stvaranja potpuno 3D tiskanih raketa. Do danas je Relativity Space uspješno prikupio 2.3 milijarde dolara kroz 4 runde.

Proizvodnja aditiva 

Svemir relativnosti sada se suočio s monumentalnim zadatkom stvaranja potpuno 3D tiskanih raketa kako bi se bolje unaprijedila proizvodnja raketnih brodova, smanjili troškovi i povećala jednostavnost dizajna. Ellis je shvatio da su 3D pisači odgovor na to zbog njihove sposobnosti da pojednostave i kreiraju stvari brže i jeftinije od prethodnih metoda alata, a kao bonus, ova nova tehnologija bila je zelenija i energetski učinkovitija.

Vrijeme do testiranja smanjeno je u nekim slučajevima za 10x. na primjer, prethodnim generacijama raketa trebalo bi više od 10 godina da prijeđu od teorije do održivog proizvoda, a Relativity Space može proizvesti prototipove za manje od 60 dana. Ali to nije bilo tako jednostavno kao kupnja metalnog 3D pisača i početak proizvodnje, Relativity Space morao je proizvesti vlastite 3D pisače, pa čak i inžinjerirati svoje vlastite legure dobivene od stručnjaka za metale njihovog tima. Ovi su podvizi golemi sami po sebi, a kamoli preostale komplikacije koje postoje pri projektiranju raketa. 

Aditivna proizvodnja trebala je riješiti gotovo sve postojeće probleme svemirske industrije s proizvodnim linijama, eliminira potrebu za posebnim alatima, ubrzava vrijeme od ideje do održivog proizvoda i omogućuje Relativity space testiranju i proizvodnji znatno više iteracija u kraćem razdoblju nego bilo koji drugi proizvođač raketa. Kada govorite o industriji koja se bavi milijunima, a često čak i milijardama vrijednih tereta, ove tehnologije moraju biti isprobane, istina, i testirane. Unatoč ovim preprekama, tvrtka je primila najveću količinu prednarudžbi od bilo koje svemirske tvrtke iz privatnog sektora u američkoj povijesti, podupirući ideju 3D ispisa i dokazujući da su investitori spremni za tehnološki napredak u svemirskoj industriji koji su zamislili Ellis i Noone . 

Opseg svemirske industrije

Dugogodišnji problem s svemirskim putovanjima bila je pristupačnost, ovaj visoki prag je spriječio manje nacije u pokretanju svemirskih programa. Također se pretpostavljalo da putovanje u svemir nikada neće biti održivo u privatnom sektoru dok se SpaceX i Blue Origin ne dokažu da su u krivu. Relativity Space je pridošlica koja remeti ovu industriju kako bi zadovoljila potrebe naroda diljem svijeta. Kako se naša potražnja za satelitima i lansiranjem raketa povećava, potražnja za svemirskim putovanjima eksponencijalno raste. Trenutno se svemirska industrija procjenjuje na 350 milijardi dolara prema Morgan Stanleyju očekuje se porast na 1.1 bilijun dolara do 2040. godine. 

Gotovo 50% svemirske industrije je lansiranje satelita, prepoznajući to privatni sektor se usmjerio na utilitarniji način koji je prikladniji za distribuciju satelita u niskoj orbiti. Ovo je korisno na više načina, potreba za teretom u svemiru raste i potrebna su nam rješenja koja su najprikladnija za prijevoz velikih količina na velike udaljenosti do stranih planeta. Ako želimo teraformirati planet poput Marsa, morat ćemo imati sposobnost za proizvodnju i stvaranje na planetu, ne možemo očekivati ​​da ćemo otpremiti teret prema potrebi na planet udaljen mjesec dana. 

Relativity Space, s Terranom 1 i Terranom R, snažno se fokusira na potrebe distribucije tereta. Terran 1 (85 % 3D ispisano) imat će nosivost od 2700 lbs, ovo će biti uvelike posvećeno tehnologijama za prikupljanje informacija na brodu dok testiraju i pripremaju se za lansiranje Terran R 2024., očekuje se da će Terran R (95 % 3D ispisano) imaju nosivost od 44,000 lbs. Tarran 1 je prikladniji za misije u niskoj orbiti, a Terran R ima cilj letjeti na Mars 2024. godine. 

Prostor relativnosti

Prostor relativnosti izrastao je u tvrtku koja podupire a Procjena 4.2 milijarde dolara i osiguravanje više od 1.3 milijuna četvornih stopa proizvodnog prostora u iznimno kratkom razdoblju. Tvrtka je bila dobio nekoliko patenata oko njegovih tehnologija 3D ispisa, pa čak i nekih njegovih legura. Tvrtka to može učiniti djelomično zahvaljujući potpunoj vlastitoj proizvodnji, gdje se drugi proizvođači raketa oslanjaju na opskrbne lance i vanjske proizvođače. Relativity Space sve to radi sam u jednom od svoja 1 skladišta širom Sjedinjenih Država. Ne samo da su uspjeli unijeti sve potrebne tehnologije u kuću, već su i uspjeli postati četvrta tvrtka u povijesti Cape Canaveral da imaju namjensku lansirnu rampu, također imaju bazu u bazi zračnih snaga Vandenberg. 

Vlasničke tehnologije tvrtke Relativity Space omogućile su im proizvodnju novodizajniranih 3D pisača koji koriste pražnjenje u plazma luku i lasersko zavarivanje aluminijskih legura brzinom od 10 inča po sekundi žice za zavarivanje koja je u potpunosti projektirana u tvrtki. To im je omogućilo da bolje prilagode krajnji proizvod kako bi odgovarao njihovim specifičnim potrebama dosad neviđenim brzinama. Strojno učenje optimizira fluidniji dizajn, u mnogim slučajevima proizvodeći dijelove koje bi inače bilo gotovo nemoguće proizvesti.

Ellis i njegov tim morali su riješiti nekoliko nepredviđenih tehničkih izazova kao što je savijanje metala. U ovom slučaju, tim je zaključio da je najbolji pristup bio saznati točne specifikacije savijanja svojstvenih svakoj leguri i koristiti algoritme strojnog učenja kako bi bolje prilagodili svoje programe kako bi odgovarali specifičnoj leguri koja se koristi za proces. To im je omogućilo da izračunaju i u skladu s tim prilagode kako bi integrirali savijanje dijela u mjerenja prilikom izrade. Ellis navodi da je ovaj algoritam za duljinu rakete doveo do tolerancije unutar 2 tisućinke inča. Ovo je još jedan primjer kako strojno učenje može koristiti proizvodnji. 

Pojednostavljenje se penje na listu prioriteta

U prethodnim generacijama istraživanja raketa, redundancija je bila obavezna za svaku odluku koju je donosila NASA. U slučaju potencijalnog kvara svaki dio mora imati najmanje jedan rezervni dio. Ovo razmišljanje može se vidjeti u inženjerskim i proizvodnim odlukama tijekom nekoliko iteracija NASA-inih raketa. Ali gdje smo mi kad je cilj smanjiti dijelove i pojednostaviti proizvodnju raketa? Kako će to utjecati na redundantnost?

U slučaju Relative Spacea, pojednostavljenje rakete je korisno za redundantnost. Smanjenje broja dijelova izravno je povezano s lakoćom održavanja i mogućnošću izmjene ili popravka dijelova na zahtjev. S napretkom u 3D ispisu i smanjenim zahtjevima veličine za visokokvalitetne pisače, sada je moguće imati 3D pisače u zrakoplovima u letovima s ljudskom posadom i potencijalno biti stacionirani na koloniziranim planetima.

To se može vidjeti u svim raketama Terran 1 i Terran T, od njihovih mlaznica za ubrizgavanje proizvedenih od 1 pojedinačnog dijela do rashladnih sustava ekspanzijskih komora koji se tiskaju izravno u zagrijane površine. Ova pretjerana pojednostavljenja rezultirala su pouzdanijim i isplativijim dijelovima koji se mogu izraditi bilo gdje gdje mogu stati u pisač. Ovo će također omogućiti smanjeno održavanje i vrijeme zastoja zbog nedostatka praktičnih zahtjeva za rastavljanje i ponovno sastavljanje dijela.