A relativitáselmélet-űr újraformálja az űripart?

Az elmúlt 62 év során az amerikai űripar gyorsabban fejlesztette ki és fejlődött ki a világűrbe, mint ahogyan azt az ember valaha is gondolta volna, és elérte saját holdunkat egészen a távoli naprendszerekig és azon túl is. De mi lenne, ha azt mondanám, hogy ez az iparág a technológiai paradigmaváltás előtt áll. Az olyan vállalatok, mint a Relativity Space és a SpaceX, az egyik legnagyobb technológiai és gyártási változás élén állnak, amelyet az iparág valaha is tapasztalhat. Ebben a cikkben megvizsgáljuk, hogy a Relativity Space milyen technológiákat és újdonságokat használ e cél elérése érdekében.

Ki az a Tim Ellis?

Ahhoz, hogy jobban megértsük Tim Ellist, távolabbra kell tekintenünk. Tim fiatal férfiként a Lego-mániája révén felismerte, hogy képes hiperfókuszra és több feladat elvégzésére, olyannyira, hogy Timnek még mindig maradandóan begörbült a hüvelykujja a jobb kezén a Lego építésére fordított rendkívül sok idő és erőfeszítés miatt.

– kezdte Ellis a University of Southern California, ahol azt tervezte, hogy forgatókönyvíróként diplomázik, és az USC Thematic Option programjának részeként tanul. A gólya tájékozódás során azonban átváltotta a szakát a repülőgépmérnöki szakra. Ellis and Relativity másik társalapítója és műszaki igazgatója, Jordan Senki, mindketten vezető pozíciót töltöttek be az USC Rocket Propulsion Lab-jában. A Rocket Propulsion Labban eltöltött idő alatt Ellis és Noone segítettek az első diák által tervezett és épített rakétát az űrbe juttatni. Amíg az USC-n részt vett, Ellis 3 gyakorlaton volt a Blue Originnél, és megszerezte a Bachelor of Science és a Master of Science fokozatot is.

A diploma megszerzése után Ellis 5 évig továbbra is teljes munkaidőben dolgozott a Blue Originnél, nagy hangsúlyt fektetve 3D nyomtatás rakéta technológiák. Később propulziófejlesztő mérnökként szolgált a legénységi kapszula RCS tológépeken. Később az ő nevéhez fűződik a 3D nyomtatás házon belüli kék eredetbe hozása. 

Az eredetek

Míg Ellis és Noone az idejüket az additív gyártási technológiák fejlesztésével töltötte, amelyeket kifejezetten a rakétahajtás elősegítésére terveztek, felismerték e technológia űriparra gyakorolt ​​hatásának súlyosságát, és úgy döntöttek, hogy ambiciózusabb megközelítést alkalmaznak a rakétagyártásban. 

Ellis és Noone 2015-ben elindították a Relativity Space Industries nevű céget. Kezdetben 500,000 XNUMX dollár kezdőtőke-bevonásra törekedtek, de mivel nem volt valódi tapasztalata az induló vállalkozáshoz szükséges források gyűjtésében, Ellis készen állott. úgy döntött, hogy hideg e-mailt küld Mark Cubannak, nyilván az e-mailje elég meggyőző lenne ahhoz, hogy meggyőzze Markot a teljes 500,000 XNUMX dollár befektetéséről. Több mint egy hét a Starbucks szalvétán felvázolt ötlettől a finanszírozás biztosításáig. Ellis és Noone megkezdte a vad túrát, amely később egyedülálló sikertörténetté vált. 

Ellis és Noone, akik igyekeztek lépést tartani a növekedés ütemével, később elismerték, hogy a finanszírozás Marktól olyan gyorsan érkezett, hogy valójában nem volt hova befizetniük. A rendelkezésre álló alapok birtokában és az ambícióval, hogy bármilyen feladatot leküzdjenek, nekiláttak a hatalmas feladatnak, a teljesen 3D-nyomtatott rakéták létrehozásának. A mai napig a Relativitási Űr 2.3 milliárd dollárt gyűjtött be négy kör alatt.

Adalékanyag gyártás 

A Relativitáselmélet tér most azzal a monumentális feladattal szembesült, hogy teljesen 3D-s nyomtatott rakétákat hozzon létre a rakétahajók gyártásának előmozdítása, a költségek csökkentése és a tervezés egyszerűsítése érdekében. Ellis megértette, hogy a 3D nyomtatók jelentik a választ erre, mivel képesek egyszerűsíteni és gyorsabban és olcsóbban létrehozni dolgokat, mint a korábbi szerszámozási módszerek, és bónuszként ez az új technológia környezetbarátabb és energiahatékonyabb.

A tesztelésig eltelt idő egyes esetekben 10-szeresére csökkent. Például a rakéták korábbi generációinak több mint 10 évbe telhet, amíg az elmélettől életképes termékké váltak, és a Relativitás-űr kevesebb, mint 60 nap alatt képes prototípusokat előállítani. De ez nem volt olyan egyszerű, mint egy fém 3D nyomtató vásárlása és a gyártás megkezdése, a Relativity Space-nek saját 3D nyomtatókat kellett gyártania, sőt házon belül meg kellett terveznie a saját ötvözeteiket, amelyeket csapatuk saját fémspecialistájától származtattak. Ezek a bravúrok önmagukban is hatalmasak, nem beszélve a rakéták tervezése során felmerülő fennmaradó bonyodalmakról. 

Az additív gyártás megoldotta szinte az összes meglévő űripari problémát a gyártósorokkal, kiküszöböli a speciális szerszámok szükségességét, felgyorsítja az ötlettől az életképes termékig eltelt időt, és lehetővé teszi a Relativity space számára, hogy rövidebb idő alatt lényegesen több iterációt teszteljen és készítsen. mint bármely más rakétagyártó. Amikor egy olyan iparágról beszélünk, amely milliós, sőt gyakran milliárdos értékes rakományt forgalmaz, ezeket a technológiákat ki kell próbálni, igazuk és tesztelni kell. Ezen akadályok ellenére a vállalat az amerikai történelem során a magánszektorbeli űrvállalatok közül a legtöbb előrendelést kapta, ami megerősíti a 3D nyomtatás ötletét, és bizonyítja, hogy a befektetők készen állnak az Ellis és Noone által elképzelt technológiai fejlesztésekre az űriparban. . 

Az űripar volumene

Az űrutazás régóta fennálló problémája a megfizethetőség volt, ez a magas küszöb megakadályozta, hogy a kisebb nemzetek űrprogramokat indítsanak. Azt is feltételezték, hogy az űrutazás soha nem lesz életképes a magánszektorban, amíg a SpaceX és a Blue Origin be nem bizonyítja, hogy tévednek. A Relativity Space egy új jövevény, amely megzavarja ezt az iparágat, hogy megfeleljen a nemzetek igényeinek szerte a világon. Ahogy a műholdak és rakétaindítások iránti keresletünk nő, az űrutazások iránti kereslet exponenciálisan nő. Jelenleg az űripar értéke 350 milliárd dollár és a Morgan Stanley szerint várhatóan 1.1 billió dollárra nő az 2040 évre. 

Az űripar közel 50%-a műholdak felbocsátása, ezt felismerve a magánszektor is haszonelvűbb módon irányította magát, jobban megfelelve a műholdak alacsony pályán történő elosztásának. Ez több szempontból is előnyös: a rakomány iránti igény növekszik az űrben, és olyan megoldásokra van szükségünk, amelyek a legalkalmasabbak nagy mennyiségek nagy távolságra történő szállítására idegen bolygókra. Ha terraformálni akarunk egy bolygót, mint a Mars a bolygón történő gyártáshoz és létrehozáshoz nem számíthatunk arra, hogy a szükséges rakományt egy hónapnyi távolságra lévő bolygóra szállítjuk. 

A Relativity Space a Terran 1-el és Terran R-rel nagy hangsúlyt fektet a rakományelosztás igényeire. A Terran 1 (85%-ban 3D nyomtatott) teherbírása 2700 font lesz, ezt nagymértékben az információgyűjtési technológiáknak szentelik majd a fedélzeten, miközben tesztelik és készülnek a Terran R 2024-es piacra dobására. A Terran R (95%-ban 3d nyomtatott) várhatóan hasznos teherbírása 44,000 1 font. A Tarran 2024 jobban megfelel az alacsony pályán végzett küldetéseknek, a Terran R célja pedig, hogy XNUMX-ben a Marsra repüljön. 

Relativitáselmélet tér

A relativitáselmélet tér olyan társasággá nőtte ki magát, amely a 4.2 milliárd dollár értékben és több mint 1.3 millió négyzetláb gyártási terület biztosítása rendkívül rövid idő alatt. A cég az volt számos szabadalmat adott 3D nyomtatási technológiáit és még egyes ötvözeteit is körülveszik. A vállalat ezt részben a teljes házon belüli gyártásnak köszönheti, ahol a többi rakétagyártó az ellátási láncokra és a külső gyártókra támaszkodik. A Relativity Space mindezt egyedül végzi az Egyesült Államokban elhelyezkedő 1 raktárának egyikében. Nemcsak az összes szükséges technológiát sikerült házhoz vinniük, de sikerült is lett a negyedik vállalat Cape Canaveral történetében hogy legyen egy dedikált kilövőállásuk, van bázisuk a vandenbergi légibázison is. 

A Relativity Space szabadalmaztatott technológiái lehetővé tették számukra, hogy újonnan tervezett 3D nyomtatókat gyártsanak plazma ívkisüléssel és alumíniumötvözetekkel hegesztő lézerrel, 10 hüvelyk/másodperc sebességű, teljesen házon belüli hegesztőhuzallal. Ez lehetővé tette számukra, hogy soha nem látott sebességgel jobban hangolják a végterméket sajátos igényeiknek megfelelően. A gépi tanulás optimalizál gördülékenyebb kialakítás, sok esetben olyan alkatrészeket állítva elő, amelyeket egyébként szinte lehetetlen lenne gyártani.

Ellisnek és csapatának számos előre nem látható technikai kihívást kellett megoldania, például a fémek vetemedését. Ebben az esetben a csapat arra a következtetésre jutott, hogy a legjobb megközelítés az, hogy megtanulják az egyes ötvözetekre jellemző vetemedés pontos specifikációit, és a gépi tanulási algoritmusokat használják, hogy programjaikat jobban igazítsák a folyamathoz használt ötvözethez. Ez lehetővé tette számukra, hogy ennek megfelelően számoljanak és állítsanak be, hogy az alkatrész vetemedését integrálják a mérésekbe annak létrehozásakor. Ellis kijelenti, hogy a rakéta hosszában ez az algoritmus 2 ezred hüvelyk tűréshez vezetett. Ez egy újabb példa arra, hogy a gépi tanulás milyen előnyökkel jár a gyártásban. 

Az egyszerűsítés rohamosan emeli a prioritási listát

A rakétakutatás korábbi generációiban a redundancia kötelező volt a NASA minden egyes döntésénél. Potenciális meghibásodás esetén minden alkatrésznek legalább egy tartalék alkatrészre van szüksége. Ez a gondolkodás a NASA rakéták számos iterációja során a mérnöki és gyártási döntésekben is látható. De hol tartunk, amikor a cél az alkatrészek csökkentése és a rakéták gyártásának egyszerűsítése? Hogyan érinti ez a redundanciát?

A Relative Space esetében a rakéta egyszerűsítése előnyös a redundancia szempontjából. Az alkatrészszám csökkenése közvetlenül összefügg a karbantartás egyszerűségével és az alkatrészek igény szerinti cseréjének vagy javításának lehetőségével. A 3D nyomtatás fejlődésével és a jó minőségű nyomtatókkal szemben támasztott csökkentett méretkövetelmények miatt ma már megvalósítható a 3D nyomtatók repülőgépek fedélzetén való elhelyezése emberes repüléseken, és potenciálisan a gyarmatosított bolygókon is elhelyezhetők.

Ez a Terran 1 és Terran T rakétákon végig látható, az 1 különálló részből előállított befecskendező fúvókáktól kezdve a tágulási kamrák hűtőrendszereiig, amelyek közvetlenül a fűtött felületekre vannak nyomtatva. Ezek a túlzott leegyszerűsítések megbízhatóbb és költséghatékonyabb alkatrészeket eredményeztek, amelyek gyakorlatilag bárhol elkészíthetők, ahová a nyomtatót be tudják illeszteni. Ez csökkenti a karbantartást és az állásidőt is az alkatrész szét- és összeszereléséhez szükséges gyakorlati követelmények hiánya miatt.