La Relativity Space sta ridisegnando l’industria spaziale?

Durante gli ultimi 62 anni, l’industria spaziale americana ha progettato e sviluppato il suo modo di entrare nello spazio esterno a un ritmo più veloce di quanto gli esseri umani potessero mai aver immaginato, raggiungendo la nostra luna e arrivando ai sistemi solari distanti e oltre. Ma cosa succede se vi dico che questa industria sta per sperimentare un cambiamento paradigmatico nelle tecnologie? Aziende come Relativity Space e SpaceX sono alla guida di uno dei più grandi cambiamenti nella tecnologia e nella produzione che l’industria potrebbe mai sperimentare. In questo articolo, esploreremo quali tecnologie e innovazioni Relativity Space sta utilizzando per conquistare questo obiettivo.

Chi è Tim Ellis?

Per capire meglio Tim Ellis dobbiamo guardare più indietro. Da giovane, Tim ha riconosciuto la sua capacità di iper-focalizzarsi e multitasking attraverso la sua ossessione per Lego, al punto che Tim ha ancora un pollice permanentemente piegato sulla mano destra a causa del tempo e dello sforzo estremi spesi per costruire Lego.

Ellis ha iniziato alla University of Southern California, dove aveva pianificato di laurearsi come sceneggiatore e studiare come parte del programma Thematic Option di USC. Tuttavia, durante l’orientamento per i freshman, ha cambiato la sua materia di studio in ingegneria aerospaziale. Ellis e l’altro co-fondatore e CTO di Relativity, Jordan Noone, hanno entrambi ricoperto posizioni di leadership nel Rocket Propulsion Lab di USC. Durante il loro tempo nel Rocket Propulsion Lab, Ellis e Noone hanno aiutato a lanciare il primo razzo progettato e costruito da studenti nello spazio. Mentre frequentava USC, Ellis ha avuto 3 stage presso Blue Origin e ha ottenuto sia una laurea in Scienze che una laurea magistrale in Scienze.

Dopo la laurea, Ellis ha continuato a lavorare full-time con Blue Origin per 5 anni, concentrandosi fortemente sulle tecnologie di razzi stampati in 3D. In seguito ha lavorato come ingegnere di sviluppo della propulsione su thruster RCS per capsule di equipaggio. In seguito gli è stato attribuito il merito di aver portato la stampa 3D in casa a Blue Origin.

Le origini

Mentre Ellis e Noone hanno trascorso il loro tempo sviluppando tecnologie di produzione additiva progettate specificamente per aiutare la propulsione dei razzi, hanno riconosciuto la gravità dell’impatto di queste tecnologie sull’industria spaziale e hanno deciso di perseguire un approccio più ambizioso alla produzione di razzi.

Ellis e Noone hanno fondato Relativity Space Industries nel 2015. Inizialmente, hanno cercato di raccogliere 500.000 dollari in seed money, ma senza alcuna esperienza nella raccolta di fondi per una startup, Ellis ha deciso di inviare un’e-mail a Mark Cuban, evidentemente la sua e-mail è stata abbastanza convincente da convincere Mark a investire l’intera somma di 500.000 dollari. In meno di una settimana dall’idea abbozzata su un tovagliolo di Starbucks alla sicurezza dei fondi, Ellis e Noone hanno iniziato il viaggio selvaggio che sarebbe diventato una storia di successo unica.

Ellis e Noone, faticando per tenere il passo con il tasso di crescita, hanno successivamente ammesso che i fondi di Mark sono arrivati così rapidamente che non avevano nemmeno un posto dove depositare i fondi. Con i fondi a disposizione e l’ambizione di conquistare qualsiasi compito, hanno iniziato il compito monumentale di creare razzi completamente stampati in 3D. Ad oggi, Relativity Space ha raccolto con successo 2,3 miliardi di dollari in 4 round.

Produzione additiva

Relativity Space si è trovata di fronte al compito monumentale di creare razzi completamente stampati in 3D per migliorare la produzione di navi spaziali, ridurre i costi e aumentare la semplicità del design. Ellis ha capito che le stampanti 3D erano la risposta a questo problema a causa della loro capacità di semplificare e creare cose più velocemente e a minor costo rispetto ai metodi di produzione tradizionali, e come bonus, questa nuova tecnologia era più verde e più efficiente in termini energetici.

Il tempo di testing è stato ridotto in alcuni casi di 10 volte. Ad esempio, le generazioni precedenti di razzi avrebbero impiegato fino a 10 anni per passare dalla teoria a un prodotto valido, e Relativity Space può produrre prototipi in meno di 60 giorni. Ma non è stato così semplice come acquistare una stampante 3D in metallo e iniziare la produzione, Relativity Space ha dovuto produrre le proprie stampanti 3D e addirittura progettare in-house le proprie leghe derivate dalle specializzazioni in metalli del proprio team. Questi risultati sono enormi di per sé, senza considerare le restanti complicazioni che esistono quando si progettano razzi.

La produzione additiva stava per risolvere quasi tutti i problemi esistenti nell’industria spaziale con le linee di produzione, elimina la necessità di attrezzature speciali, velocizza il tempo dall’idea al prodotto valido e consente a Relativity Space di testare e produrre sostanzialmente più iterazioni in un periodo più breve rispetto a qualsiasi altro produttore di razzi. Quando si parla di un’industria che opera con milioni e spesso anche miliardi in cargo preziosi, queste tecnologie devono essere provate, vere e testate. Nonostante questi ostacoli, l’azienda ha ricevuto la più grande quantità di pre-ordini di qualsiasi azienda privata spaziale nella storia americana, rafforzando l’idea della stampa 3D e dimostrando che gli investitori sono pronti per i progressi tecnologici nell’industria spaziale che Ellis e Noone avevano previsto.

Relativity Space 4g printer.

Volume dell’industria spaziale

Il problema di lunga data con i viaggi spaziali è stata l’accessibilità economica, questa soglia alta ha impedito a nazioni minori di lanciare programmi spaziali. Si pensava anche che i viaggi spaziali non sarebbero mai stati fattibili nel settore privato fino a quando non è stato dimostrato il contrario da SpaceX e Blue Origin. Relativity Space è un nuovo arrivato che sta disturbando questa industria per soddisfare le esigenze delle nazioni di tutto il mondo. Man mano che la nostra domanda di satelliti e lanci di razzi aumenta, la domanda di viaggi spaziali cresce esponenzialmente. Attualmente, l’industria spaziale vale 350 miliardi di dollari e secondo Morgan Stanley è previsto che raggiunga 1,1 trilioni di dollari entro il 2040.

Quasi il 50% dell’industria spaziale è costituito da lanci di satelliti, riconoscendo ciò, il settore privato si è orientato in modo più utilitaristico, meglio adatto alla distribuzione di satelliti in orbita bassa. Ciò è vantaggioso in più di un modo, la necessità di cargo nello spazio sta crescendo e abbiamo bisogno di soluzioni migliori adatte al trasporto di grandi quantità su lunghe distanze verso pianeti stranieri. Se dobbiamo terraformare un pianeta come Marte, avremo bisogno di avere la capacità di produrre e creare sul pianeta, non possiamo aspettarci di spedire cargo come necessario a un pianeta a mesi di distanza.

Relativity Space, con Terran 1 e Terran R, si concentra fortemente sulle esigenze di distribuzione del cargo. Terran 1 (l’85% stampato in 3D) avrà un payload di 2700 libbre, ciò sarà fortemente dedicato a tecnologie di raccolta di informazioni a bordo mentre testano e preparano il lancio di Terran R nel 2024, Terran R (il 95% stampato in 3D) è previsto che abbia un payload di 44.000 libbre. Terran 1 è meglio adatto a missioni in orbita bassa, con Terran R che ha l’obiettivo di volare su Marte nel 2024.

Relativity Space

Relativity Space è cresciuta in un’azienda che sostiene una valutazione di 4,2 miliardi di dollari e ha assicurato oltre 1,3 milioni di metri quadrati di spazio di produzione in un periodo di tempo notevolmente breve. L’azienda ha ottenuto diversi brevetti riguardanti le sue tecnologie di stampa 3D e addirittura alcune delle sue leghe. L’azienda può farlo in parte grazie alla produzione completamente in-house, dove altri produttori di razzi si affidano a catene di approvvigionamento e a produttori esterni. Relativity Space sta facendo tutto questo da sola in una delle sue 4 strutture sparse negli Stati Uniti. Non solo sono riusciti a portare tutte le tecnologie necessarie in-house, ma hanno anche gestito diventare la quarta azienda nella storia di Cape Canaveral ad avere un sito di lancio dedicato, hanno anche una base alla base aerea di Vandenberg.

Le tecnologie proprietarie di Relativity Space hanno consentito loro di produrre stampanti 3D progettate utilizzando scariche di arco plasma e saldatura laser con leghe di alluminio a una velocità di 10 pollici al secondo di filo di saldatura progettato interamente in-house. Ciò ha consentito loro di regolare meglio il prodotto finale per soddisfare le loro esigenze specifiche a velocità mai viste prima. L’apprendimento automatico ottimizza un design più fluido, in molti casi producendo parti che altrimenti sarebbero quasi impossibili da produrre.

Ellis e il suo team hanno dovuto risolvere diverse sfide tecniche impreviste come la deformazione del metallo. In questo caso, il team ha concluso che il miglior approccio era imparare le specifiche esatte della deformazione inerente a ogni lega e utilizzare gli algoritmi di apprendimento automatico per regolare meglio i loro programmi per adattarsi alla lega specifica utilizzata per il processo. Ciò ha consentito loro di calcolare e regolare di conseguenza per integrare la deformazione della parte nelle misurazioni quando la creavano. Ellis afferma che sulla lunghezza del razzo, questo algoritmo ha portato a una tolleranza all’interno di 2 millesimi di pollice. Ciò è un altro esempio di come l’apprendimento automatico possa beneficiare della produzione.

Semplificazione dei razzi in cima alla lista delle priorità

Nelle generazioni precedenti di esplorazione dei razzi, la ridondanza era obbligatoria per ogni decisione presa dalla NASA. In caso di un potenziale fallimento, ogni parte richiedeva almeno una parte di backup. Questo modo di pensare può essere visto nelle decisioni di progettazione e produzione in tutta la storia dei razzi della NASA. Ma dove ci troviamo quando l’obiettivo è ridurre le parti e semplificare la produzione dei razzi? Come ciò influenzerà la ridondanza?

Nel caso di Relativity Space, la semplificazione del razzo è vantaggiosa per la ridondanza. La riduzione del numero di parti è direttamente correlata alla facilità di manutenzione e alla capacità di cambiare o riparare parti su richiesta. Con i progressi nella stampa 3D e la riduzione delle dimensioni richieste per stampanti di alta qualità, è ora possibile avere stampanti 3D a bordo di aerei in voli con equipaggio e potenzialmente essere stazionati su pianeti colonizzati.

Ciò può essere visto in tutta la serie di razzi Terran 1 e Terran T, dalle loro ugelli di iniezione prodotti da un’unica parte ai sistemi di raffreddamento delle camere di espansione stampati direttamente nelle superfici riscaldate. Queste semplificazioni hanno portato a parti più affidabili e più economiche che possono essere prodotte quasi ovunque si possa gestire la stampante. Ciò consentirà anche una riduzione della manutenzione e del tempo di fermo a causa della mancanza di requisiti manuali per smontare e rimontare la parte.