האם מרחב היחסות מעצב מחדש את תעשיית החלל?

במהלך 62 השנים האחרונות, תעשיית החלל האמריקאית הנדסה ופיתחה את דרכה לחלל החיצון בקצב מהיר יותר ממה שבני אדם יכלו לדמיין, והגיעה לירח שלנו עד למערכות שמש רחוקות ומעבר לכך. אבל מה אם הייתי אומר לכם שהתעשייה הזו עומדת לחוות שינוי פרדיגמה בטכנולוגיות. חברות כמו Relativity Space ו-SpaceX מובילות את אחד מהשינויים הגדולים ביותר בטכנולוגיה ובייצור שהתעשייה עשויה לחוות אי פעם. במאמר זה, נחקור אילו טכנולוגיות וחידושים מנצל מרחב היחסות כדי לכבוש מטרה זו.

מי זה טים אליס?

כדי להבין טוב יותר את טים ​​אליס עלינו להסתכל אחורה יותר. כאדם צעיר טים זיהה את יכולתו להתמקד וריבוי משימות דרך האובססיה שלו ללגו, עד כדי כך שלטים עדיין יש אגודל כפוף לצמיתות על ידו הימנית מכמות הזמן והמאמץ הקיצונים שהושקעו בבניית לגו.

אליס התחיל ב אוניברסיטת דרום קליפורניה, שם תכנן לסיים את לימודיו כתסריטאי וללמוד במסגרת תוכנית ה-Thematic Option של USC. עם זאת, במהלך התואר הראשון שלו, הוא החליף את התואר שלו להנדסת תעופה וחלל. המייסד וה-CTO הנוסף של אליס ויחסיות, ג'ורדן אף אחד, שניהם החזיקו בתפקידי מנהיגות במעבדת הנעת רקטות של USC. במהלך שהותם במעבדת הנעת רקטות, אליס ו-Noone עזרו לשגר את הרקטה הראשונה שתוכננה ונבנתה על ידי סטודנט לחלל. בזמן שלמד ב-USC אליס עבר 3 התמחויות עם Blue Origin והשיג גם תואר ראשון במדע וגם תואר שני.

לאחר סיום הלימודים אליס המשיכה לעבוד במשרה מלאה עם Blue Origin במשך 5 שנים, תוך התמקדות רבה ב מודפס בתלת מימד טכנולוגיות רקטות. מאוחר יותר שימש כמהנדס פיתוח הנעה על דחפי RCS של קפסולת צוות. מאוחר יותר יזכה לזכותו על הבאת הדפסת תלת מימד פנימית למקור כחול. 

המקורות

בעוד אליס ו-Noone בילו את זמנם בפיתוח טכנולוגיות ייצור תוספים שתוכננו במיוחד כדי לסייע בהנעת רקטות, הם הכירו בחומרת ההשפעה של הטכנולוגיה הזו על תעשיית החלל והחליטו להמשיך בגישה שאפתנית יותר לייצור רקטות. 

אליס ו-Noone ימשיכו להשיק את תעשיות החלל היחסותיות ב-2015. בתחילה, הם ביקשו לגייס 500,000 דולר בכסף ראשוני, אך ללא ניסיון אמיתי בגיוס כספים לסטארט-אפ, אליס יצאה לדרך. החליט לשלוח דוא"ל למארק קובן, ברור שהמייל שלו יהיה משכנע מספיק כדי לשכנע את מארק להשקיע את מלוא ה-$500,000. למעלה משבוע מהרעיון ששורטטו על מפית של סטארבקס ועד להשגת מימון. אליס ושום יתחילו בנסיעה הפרועה שלימים תהפוך לסיפור הצלחה מיוחד במינו. 

אליס ו-Noone המתאמצים לעמוד בקצב הצמיחה יכירו מאוחר יותר שהמימון ממארק הגיע כל כך מהר שלמעשה לא היה להם היכן להפקיד את הכספים. עם הכספים במקום והשאיפה לכבוש כל משימה נתונה, הם החלו במשימה המונומנטלית של יצירת רקטות מודפסות בתלת מימד. עד כה, Relativity Space גייסה בהצלחה 3 מיליארד דולר לאורך 2.3 סבבים.

ייצור תוספות 

מרחב היחסות עמד כעת בפני המשימה המונומנטלית ליצור רקטות מודפסות בתלת מימד כדי לקדם טוב יותר את הייצור של ספינות רקטות, להפחית את העלות ולהגדיל את פשטות העיצוב. אליס הבין כי מדפסות תלת מימד הן התשובה לכך בשל יכולתן לפשט וליצור דברים מהר יותר וזול יותר משיטות כלי עבודה קודמות, וכבונוס, הטכנולוגיה החדשה הזו הייתה ירוקה וחסכונית יותר באנרגיה.

זמן הבדיקה הופחת במקרים מסוימים פי 10. לדוגמה, לדורות קודמים של רקטות ייקח יותר מ-10 שנים לעבור מתיאוריה למוצר בר-קיימא, ו-Relativity Space יכול לייצר אבות-טיפוס תוך פחות מ-60 יום. אבל זה לא היה פשוט כמו רכישת מדפסת תלת מימד ממתכת והתחלת ייצור, Relativity Space נאלצו לייצר מדפסות תלת מימד משלהם ואפילו להנדס סגסוגות משלהם שמקורן במומחה המתכת של הצוות שלהם. ההישגים הללו הם עצומים בפני עצמם שלא לדבר על הסיבוכים הנותרים שקיימים בעת תכנון רקטות. 

ייצור תוסף עמד לפתור כמעט את כל הבעיות הקיימות בתעשיית החלל עם קווי ייצור, הוא מבטל את הצורך בכלי עבודה מיוחדים, מאיץ את הזמן מרעיון למוצר בר-קיימא, ומאפשר למרחב היחסות לבדוק ולייצר הרבה יותר איטרציות בתקופה קצרה יותר מכל יצרן רקטות אחר. כאשר אתה מדבר על תעשייה שעוסקת במיליונים ולעתים קרובות אפילו במיליארדים במטענים יקרי ערך צריך לנסות, נכון ולבדוק את הטכנולוגיות האלה. למרות המכשולים הללו, החברה קיבלה את הכמות הגדולה ביותר של הזמנות מראש של כל חברת חלל במגזר הפרטי בהיסטוריה האמריקאית, מחזקת את הרעיון של הדפסת תלת מימד ומוכיחה שהמשקיעים מוכנים להתקדמות הטכנולוגית בתעשיית החלל שאליס ואינו חזו . 

נפח תעשיית החלל

הבעיה ארוכת השנים עם מסע בחלל הייתה סבירות, סף גבוה זה מנע ממדינות פחותות לשגר תוכניות חלל. ההנחה הייתה גם שמסע בחלל לעולם לא יהיה כדאי במגזר הפרטי עד שיוכחו כשגויים על ידי SpaceX ו-Blue Origin. מרחב היחסות הוא עולה חדש שמשבש את התעשייה הזו כדי לענות על הצרכים של מדינות ברחבי העולם. ככל שהביקוש שלנו ללוויינים ושיגור רקטות עולה, הביקוש למסעות בחלל גדל באופן אקספוננציאלי. נכון לעכשיו, תעשיית החלל מוערכת ב-350 מיליארד דולר ו לפי מורגן סטנלי צפוי לגדול ל-1.1 טריליון דולר עד השנה 2040. 

כמעט 50% מתעשיית החלל הם שיגורי לוויינים, מתוך הכרה בכך שהמגזר הפרטי כיוון את עצמו בצורה תועלתנית יותר המתאימה יותר להפצה של לוויינים במסלול נמוך. זה מועיל ביותר מדרך אחת, הצורך במטען בחלל הולך וגדל ואנו זקוקים לפתרונות המתאימים ביותר להובלת כמויות גדולות למרחקים ארוכים לכוכבי לכת זרים. כדי לייצר וליצור על הפלנטה, אנחנו לא יכולים לצפות לשלוח מטען לפי הצורך למרחק של חודש כוכב. 

מרחב היחסות, עם Terran 1 ו-Terran R, מתמקד מאוד בצרכי חלוקת המטען. ל-Terran 1 (מודפס תלת מימדי של 85%) יהיה מטען של 3 פאונד, זה יוקדש רבות לטכנולוגיות איסוף מידע על הסיפון בזמן שהם בודקים ומתכוננים להשיק את Terran R ב-2700, Terran R (מודפס תלת מימד של 2024%) צפוי יש מטען של 95 פאונד. Tarran 3 מתאים יותר למשימות מסלול נמוך, כאשר ל-Terran R יש מטרה לטוס למאדים ב-44,000. 

מרחב תורת היחסות

תחום היחסות גדל לחברה המחזקת את א שווי של 4.2 מיליארד דולר והבטחת מעל 1.3 מיליון רגל מרובע של שטח ייצור בתקופה קצרה להפליא. החברה הייתה העניק מספר פטנטים סביב טכנולוגיות ההדפסה התלת מימדיות שלה ואפילו כמה מהסגסוגות שלה. החברה יכולה לעשות זאת בין היתר בשל הייצור הפנימי המלא, שבו יצרני רקטות אחרים מסתמכים על שרשרות אספקה ​​ויצרנים חיצוניים. Relativity Space עושה את זה לבד באחד מתוך 3 המחסנים שלה הפרוסים ברחבי ארצות הברית. לא רק שהם הצליחו להביא את כל הטכנולוגיות הדרושות הביתה הם גם הצליחו להפוך לחברה הרביעית בהיסטוריה של קייפ קנוורל כדי שיהיה להם משטח שיגור ייעודי, יש להם גם בסיס בבסיס חיל האוויר ונדנברג. 

הטכנולוגיות הקנייניות של Relativity Space אפשרו להם לייצר מדפסות תלת מימד שעוצבו לאחרונה תוך שימוש בפריקת קשת פלזמה וריתוך לייזרים עם סגסוגות אלומיניום בקצב של 3 אינץ' לשנייה של חוט ריתוך שתוכנן באופן מלא בבית. זה איפשר להם לכוון טוב יותר את המוצר הסופי כך שיתאים לצרכים הספציפיים שלהם במהירויות שטרם נראו. למידת מכונה מבצעת אופטימיזציה עיצוב זול יותר, ובמקרים רבים מייצר חלקים שאחרת יהיה כמעט בלתי אפשרי לייצור.

אליס והצוות שלו נאלצו לפתור כמה אתגרים טכניים בלתי צפויים כמו עיוות מתכת. במקרה זה, הצוות הגיע למסקנה שהגישה הטובה ביותר הייתה ללמוד את המפרט המדויק של העיוות הטבוע בכל סגסוגת ולהשתמש באלגוריתמים של למידת מכונה כדי להתאים טוב יותר את התוכניות שלהם כך שיתאימו לסגסוגת הספציפית המשמשת לתהליך. זה איפשר להם לחשב ולהתאים בהתאם כדי לשלב את העיוות של החלק במידות בעת יצירתו. אליס מצהיר שלאורך הרקטה, אלגוריתם זה הוביל לסובלנות בטווח של 2 אלפיות האינץ'. זוהי דוגמה נוספת לאופן שבו למידת מכונה תורמת לייצור. 

הפשטות מזנקת בראש סדר העדיפויות

בדורות קודמים של חקר רקטות, יתירות הייתה חובה עבור כל החלטה שהתקבלה על ידי נאס"א. במקרה של תקלה פוטנציאלית, כל חלק חייב להיות לפחות חלק גיבוי אחד. ניתן לראות את החשיבה הזו בהחלטות ההנדסיות והייצור לאורך מספר האיטרציות של רקטות נאס"א. אבל איפה אנחנו עומדים כשהמטרה היא לצמצם חלקים ולפשט את ייצור הרקטות? איך זה ישפיע על יתירות?

במקרה של Relative Space, הפשטות של הרקטה מועילה לעודפות. הפחתת מספר החלקים קשורה ישירות לקלות התחזוקה וליכולת לשנות או לתקן חלקים לפי דרישה. עם ההתקדמות בהדפסת תלת-ממד ודרישות הגודל המוקטנות עבור מדפסות באיכות גבוהה, כעת ניתן להכניס מדפסות תלת-ממד על סיפון מטוסים בטיסות מאוישות, וייתכן שיהיו מוצבות על כוכבי לכת מושבתים.

ניתן לראות זאת בכל הרקטות Terran 1 ו-Terran T, החל מחרירי ההזרקה שלהם המיוצרים מחלק בודד ועד למערכות הקירור של תאי ההרחבה המודפסות ישירות לתוך המשטחים המחוממים. הפשטות יתר אלו הביאו לחלקים אמינים וחסכוניים יותר שניתן לייצר כמעט בכל מקום שהם יכולים להתאים למדפסת. זה יאפשר גם תחזוקה וזמני השבתה מופחתים עקב היעדר דרישות מעשית לפירוק והרכבה מחדש של החלק.