Er afstæðishyggja að móta geimiðnaðinn aftur?

Á undanförnum 62 árum hefur bandaríski geimiðnaðurinn hannað og þróað leið sína út í geiminn á hraðari hraða en menn hefðu nokkurn tíma getað ímyndað sér og náð til okkar eigin tungls alla leið til fjarlægra sólkerfa og víðar. En hvað ef ég segði þér að þessi iðnaður er að fara að upplifa hugmyndabreytingu í tækni. Fyrirtæki eins og Relativity Space og SpaceX eru í fararbroddi einnar mestu breytingar í tækni og framleiðslu sem iðnaðurinn gæti upplifað. Í þessari grein munum við kanna hvaða tækni og tilkomu afstæðisrýmið notar til að sigra þetta markmið.

Hver er Tim Ellis?

Til að skilja Tim Ellis betur verðum við að líta lengra aftur. Sem ungur maður viðurkenndi Tim hæfileika sína til að einbeita sér ofurfókus og gera fjölþætt verkefni með þráhyggju sinni fyrir Lego, svo mjög að Tim er enn með varanlega beygðan þumalfingur á hægri hendinni vegna þess mikla tíma og fyrirhafnar sem eytt er í að byggja Lego.

Ellis byrjaði kl University of Southern California, þar sem hann ætlaði að útskrifast sem handritshöfundur og læra sem hluta af þemavalkostaáætlun USC. Samt sem áður, þegar hann var nýnemi, skipti hann yfir í flugvélaverkfræði. Annar stofnandi Ellis og Relativity og tæknistjóri, Jordan Enginn, báðir gegndu leiðtogastöðum í Rocket Propulsion Lab USC. Á þeim tíma sem þeir voru í Rocket Propulsion Lab hjálpuðu Ellis og Noone að skjóta fyrstu nemendahönnuðu og smíðuðu eldflauginni út í geim. Meðan hann sótti USC, var Ellis í 3 starfsnámi hjá Blue Origin og fékk bæði BS-gráðu og meistaragráðu.

Eftir útskrift hélt Ellis áfram að vinna í fullu starfi hjá Blue Origin í 5 ár og lagði mikla áherslu á 3D prentað eldflaugatækni. Síðar starfaði hann sem knúningsþróunarverkfræðingur á RCS hylki áhafnar. Síðar fékk hann viðurkenningu fyrir að koma þrívíddarprentun innanhúss í bláan uppruna. 

Uppruni

Þó að Ellis og Noone eyddu tíma sínum í að þróa aukefnaframleiðslutækni sem er sérstaklega hönnuð til að aðstoða við eldflaugaknúning, viðurkenndu þeir alvarleika þessarar tækniáhrifa á geimiðnaðinn og ákváðu að fylgja metnaðarfyllri nálgun við eldflaugaframleiðslu. 

Ellis og Noone myndu halda áfram að setja af stað Relativity Space Industries árið 2015. Upphaflega reyndu þau að safna $500,000 í frumpeninga, en með enga raunverulega reynslu af fjáröflun fyrir sprotafyrirtæki, fór Ellis út á hausinn og ákvað að senda Mark Cuban tölvupóst, augljóslega væri tölvupósturinn hans nógu sannfærandi til að sannfæra Mark um að fjárfesta fyrir alla $500,000. Yfir vika frá hugmyndinni sem teiknuð var á Starbucks servíettu til að tryggja fjármögnun. Ellis og Noone myndu hefja villta ferðina sem síðar átti eftir að verða eins konar velgengnisaga. 

Ellis og Noone sem keppast við að halda í við vaxtarhraðann myndu síðar viðurkenna að fjármögnunin frá Mark kom svo fljótt að þeir höfðu í raun hvergi til að leggja fjármunina inn. Með fjármagnið til staðar og metnaðinn til að sigra hvert verkefni, hófu þeir hið stórkostlega verkefni að búa til fullkomlega þrívíddarprentaðar eldflaugar. Hingað til hefur Relativity Space safnað 3 milljörðum dollara með góðum árangri í 2.3 lotum.

Aukefni framleiðslu 

Afstæðisrýmið stóð nú frammi fyrir því stórkostlega verkefni að búa til fullkomlega þrívíddarprentaðar eldflaugar til að efla framleiðslu eldflaugaskipa betur, draga úr kostnaði og auka einfaldleika hönnunar. Ellis skildi að þrívíddarprentarar væru svarið við þessu vegna hæfileika þeirra til að einfalda og búa til hluti hraðar og ódýrari en fyrri verkfæraaðferðir, og sem bónus var þessi nýja tækni grænni og orkunýtnari.

Tími til að prófa styttist í sumum tilfellum um 10x. til dæmis myndi fyrri kynslóð eldflauga taka allt að 10 ár að fara úr kenningu yfir í hagkvæma vöru og Relativity Space getur framleitt frumgerðir á innan við 60 dögum. En það var ekki eins einfalt og að kaupa þrívíddarprentara úr málmi og hefja framleiðslu, Relativity Space þurfti að framleiða sína eigin þrívíddarprentara og jafnvel verkfræðingur innanhúss þeirra eigin málmblöndur sem fengnar voru frá eigin málmsérfræðingi liðsins. Þessi afrek eru gríðarmikil ein og sér hvað þá fylgikvilla sem eftir eru sem eru til staðar þegar eldflaugar eru hannar. 

Aukaframleiðsla leysti næstum öll núverandi vandamál geimiðnaðar með framleiðslulínum, hún útilokar þörfina á sérstökum verkfærum, flýtir tímanum frá hugmynd að raunhæfri vöru og gerir afstæðisfræðirými kleift að prófa og framleiða verulega fleiri endurtekningar á styttri tíma en nokkur annar eldflaugaframleiðandi. Þegar þú ert að tala um iðnað sem verslar í milljónum og oft jafnvel milljörðum í verðmætum farmi þarf að prófa þessa tækni, sanna og prófa. Þrátt fyrir þessar hindranir hefur fyrirtækið fengið mesta magn af forpöntunum frá geimfyrirtækjum í einkageiranum í sögu Bandaríkjanna, sem styrkir hugmyndina um þrívíddarprentun og sannar að fjárfestar eru tilbúnir fyrir þær tækniframfarir í geimiðnaðinum sem Ellis og Noone sáu fyrir sér. . 

Rúmmál geimiðnaðar

Langvarandi vandamálið með geimferðir hefur verið hagkvæmni, þessi hái þröskuldur hefur komið í veg fyrir að fámennari þjóðir geti hafið geimáætlanir. Einnig var gengið út frá því að geimferðir yrðu aldrei hagkvæmar í einkageiranum fyrr en SpaceX og Blue Origin hafa sannað rangt. Relativity Space er nýliði sem er að trufla þennan iðnað til að mæta þörfum þjóða um allan heim. Eftir því sem eftirspurn okkar eftir gervihnöttum og eldflaugaskotum eykst eftirspurn eftir geimferðum eykst veldishraða. Eins og er er geimiðnaðurinn metinn á $350 milljarða dollara og Samkvæmt Morgan Stanley er gert ráð fyrir að vaxa í 1.1 trilljón dollara árið 2040. 

Næstum 50% af geimgeimiðnaðinum eru gervihnattaskot, þar sem viðurkennd er að einkageirinn hefur stýrt sjálfum sér á hagkvæmari hátt sem hentar betur dreifingu gervihnatta á lágum sporbraut. Þetta er gagnlegt á fleiri en einn hátt, þörfin fyrir farm í geimnum fer vaxandi og við þurfum lausnir sem henta best til að flytja mikið magn yfir langa vegalengd til erlendra reikistjarna. til að framleiða og búa til á plánetunni, getum við ekki búist við því að senda farm eftir þörfum til plánetu mánaðar í burtu. 

Relativity Space, með Terran 1 og Terran R, leggur mikla áherslu á þarfir farmdreifingar. Terran 1 (85% 3d prentað) mun hafa 2700 pund burðargetu, þetta mun vera mikið tileinkað upplýsingaöflunartækni um borð þegar þeir prófa og undirbúa sig til að setja Terran R á markað árið 2024, Terran R (95% 3d prentað) er gert ráð fyrir að hafa 44,000 lbs hleðslu. Tarran 1 hentar betur fyrir verkefni á lágum sporbraut, en Terran R hefur það markmið að fljúga til Mars árið 2024. 

Afstæðisrými

Afstæðissvið hefur vaxið í fyrirtæki sem styrkir a 4.2 milljarða dollara verðmat og tryggja yfir 1.3 milljón ferfeta framleiðslurými á ótrúlega stuttum tíma. Félagið hefur verið veitt nokkur einkaleyfi í kringum þrívíddarprentunartækni sína og jafnvel sumar málmblöndur þess. Fyrirtækið getur gert það að hluta til vegna fullrar eigin framleiðslu, þar sem aðrir eldflaugaframleiðendur treysta á aðfangakeðjur og utanaðkomandi framleiðendur. Relativity Space gerir þetta allt á eigin spýtur í 3 af 1 vöruhúsum sínum sem dreifast um Bandaríkin. Þeim hefur ekki aðeins tekist að koma allri nauðsynlegri tækni í hús, þeim hefur líka tekist orðið fjórða fyrirtækið í Cape Canaveral sögu til að hafa sérstakan skotpalla, þeir hafa einnig bækistöð í Vandenberg flugherstöðinni. 

Sértækni Relativity Space hefur gert þeim kleift að framleiða nýhannaða þrívíddarprentara sem nota plasmabogaútskrift og leysisuðu með álblöndu á hraðanum 3″ á sekúndu af suðuvír sem er hannaður að fullu innanhúss. Þetta hefur gert þeim kleift að stilla lokaafurðina betur að sérstökum þörfum þeirra á aldrei áður mældum hraða. Vélnám hagnast fljótandi hönnun, sem í mörgum tilfellum framleiðir hluta sem annars væri næstum ómögulegt að framleiða.

Ellis og teymi hans þurftu að leysa nokkrar ófyrirséðar tæknilegar áskoranir eins og málmvinding. Í þessu tilviki komst teymið að þeirri niðurstöðu að besta aðferðin væri að læra nákvæmar forskriftir um vinda sem felast í hverri málmblöndu og nýta vélræna reiknirit til að laga forritin sín betur til að henta tilteknu málmblöndunni sem er notað í ferlið. Þetta gerði þeim kleift að reikna út og stilla í samræmi við það til að samþætta vinda hlutans í mælingarnar þegar hann var búinn til. Ellis segir að yfir lengd eldflaugarinnar hafi þetta reiknirit leitt til þols innan 2 þúsundustu úr tommu. Þetta er enn eitt dæmið um hvernig vélanám getur gagnast framleiðslu. 

Einföldun stækkar upp forgangslistann

Í fyrri kynslóðum eldflaugarannsókna var offramboð skylda fyrir hverja einustu ákvörðun sem NASA tók. Ef um hugsanlega bilun er að ræða þarf hver hluti að hafa að minnsta kosti einn varahlut. Þessa hugsun má sjá í verkfræði- og framleiðsluákvörðunum í gegnum nokkrar endurtekningar á NASA eldflaugum. En hvar stöndum við þegar markmiðið er að fækka hlutum og einfalda framleiðslu á eldflaugum? Hvernig mun þetta hafa áhrif á offramboð?

Í tilfelli Relative Space er einföldun eldflaugarinnar gagnleg fyrir offramboð. Fækkun hlutafjölda er í beinu samhengi við auðvelt viðhald og getu til að skipta um eða gera við hluta eftir beiðni. Með framförum í þrívíddarprentun og minni stærðarkröfum fyrir hágæða prentara, er nú gerlegt að hafa þrívíddarprentara um borð í flugvélum í mönnuðu flugi og hugsanlega staðsettir á nýlendum plánetum.

Þetta sést í öllum Terran 1 og Terran T eldflaugunum, allt frá inndælingarstútum þeirra sem eru framleiddir úr 1 einstökum hluta til kælikerfis þensluhólfanna sem eru prentuð beint inn á hituð yfirborð. Þessar ofureinfaldanir hafa skilað sér í áreiðanlegri og hagkvæmari hlutum sem hægt er að gera nánast hvar sem þeir geta passað í prentarann. Þetta mun einnig leyfa minni viðhald og niður í miðbæ vegna skorts á kröfum um að taka í sundur og setja hann saman aftur.