Hervormt relativiteitsruimte de ruimtevaartindustrie?

Gedurende de afgelopen 62 jaar heeft de Amerikaanse ruimtevaartindustrie haar weg naar de ruimte ontworpen en ontwikkeld in een sneller tempo dan mensen zich ooit hadden kunnen voorstellen, en reikte naar onze eigen maan helemaal naar verre zonnestelsels en daarbuiten. Maar wat als ik je zou vertellen dat deze industrie op het punt staat een paradigmaverschuiving in technologieën te ervaren. Bedrijven als Relativity Space en SpaceX lopen voorop in een van de grootste verschuivingen in technologie en productie die de industrie ooit zal meemaken. In dit artikel zullen we onderzoeken welke technologieën en ontwikkelingen Relativity Space gebruikt om dit doel te bereiken.

Wie is Tim Ellis?

Om Tim Ellis beter te begrijpen moeten we verder terugkijken. Als jonge man herkende Tim zijn vermogen tot hyperfocus en multitasking door zijn obsessie met Lego, zozeer zelfs dat Tim nog steeds een permanent gebogen duim aan zijn rechterhand heeft van de extreme hoeveelheid tijd en moeite die hij besteedde aan het bouwen van Lego.

Ellis begon bij de University of Southern California, waar hij van plan was af te studeren als scenarioschrijver en te studeren als onderdeel van het Thematic Option-programma van USC. Tijdens zijn eerstejaarsoriëntatie schakelde hij echter over op lucht- en ruimtevaarttechniek. Ellis and Relativity's andere mede-oprichter en CTO, Jordan Niemand, beiden bekleedden leidinggevende functies bij USC's Rocket Propulsion Lab. Tijdens hun tijd in het Rocket Propulsion Lab hielpen Ellis en Noone de eerste door studenten ontworpen en gebouwde raket de ruimte in te lanceren. Tijdens zijn studie aan het USC liep Ellis 3 stages bij Blue Origin en behaalde zowel een Bachelor of Science als een Master of Science.

Na zijn afstuderen bleef Ellis 5 jaar fulltime werken bij Blue Origin, met een sterke focus op 3D afgedrukt raket technologieën. Later diende hij als voortstuwingsingenieur op RCS-stuwraketten voor bemanningscapsules. Hij zou later worden gecrediteerd voor het in eigen beheer brengen van 3D-printen naar blauwe oorsprong. 

De oorsprong

Terwijl Ellis en Noone hun tijd besteedden aan het ontwikkelen van additieve fabricagetechnologieën die speciaal waren ontworpen om de voortstuwing van raketten te ondersteunen, erkenden ze de ernst van de impact van deze technologie op de ruimtevaartindustrie en besloten ze een ambitieuzere benadering van raketproductie na te streven. 

Ellis en Noone zouden in 2015 Relativity Space Industries lanceren. Aanvankelijk probeerden ze $ 500,000 aan startgeld op te halen, maar zonder echte ervaring met het inzamelen van fondsen voor een start-up, ging Ellis op pad en besloot Mark Cuban koud te e-mailen, blijkbaar zou zijn e-mail overtuigend genoeg zijn om Mark te overtuigen om de volledige $ 500,000 te investeren. Meer dan een week van het idee geschetst op een Starbucks-servet tot het binnenhalen van financiering. Ellis en Noone zouden beginnen aan de wilde rit die later een uniek succesverhaal zou worden. 

Ellis en Noone die zich haastten om het groeitempo bij te houden, zouden later erkennen dat de financiering van Mark zo snel kwam dat ze eigenlijk nergens het geld konden storten. Met de beschikbare middelen en de ambitie om elke taak te volbrengen, begonnen ze aan de monumentale taak om volledig 3D-geprinte raketten te maken. Tot op heden heeft Relativity Space met succes 2.3 miljard dollar opgehaald in 4 rondes.

Additieve productie 

De relativiteitsruimte stond nu voor de monumentale taak om volledig 3D-geprinte raketten te maken om de productie van raketschepen beter te bevorderen, de kosten te verlagen en de eenvoud van het ontwerp te vergroten. Ellis begreep dat 3D-printers hierop het antwoord waren vanwege hun vermogen om dingen sneller en goedkoper te vereenvoudigen en te creëren dan eerdere toolingmethoden, en als bonus was deze nieuwe technologie groener en energiezuiniger.

De tijd tot het testen werd in sommige gevallen met 10x verkort. vorige generaties raketten zouden bijvoorbeeld meer dan 10 jaar nodig hebben om van theorie naar een levensvatbaar product te gaan, en Relativity Space kan prototypes produceren in minder dan 60 dagen. Maar het was niet zo eenvoudig als het kopen van een metalen 3D-printer en het starten van de productie, Relativity Space moest hun eigen 3D-printers maken en zelfs hun eigen legeringen in eigen beheer ontwikkelen, afgeleid van de eigen metaalspecialist van hun team. Deze prestaties zijn op zichzelf al enorm, laat staan ​​de resterende complicaties die er zijn bij het ontwerpen van raketten. 

Additieve fabricage zou bijna alle bestaande problemen in de ruimtevaartindustrie met productielijnen oplossen, het elimineert de noodzaak van speciaal gereedschap, versnelt de tijd van idee tot levensvatbaar product en stelt Relativity in staat om aanzienlijk meer iteraties te testen en te produceren in een kortere periode dan welke andere raketfabrikant dan ook. Als je het hebt over een industrie die handelt in miljoenen en vaak zelfs miljarden aan waardevolle vracht, moeten deze technologieën worden uitgeprobeerd, waar en getest. Ondanks deze obstakels heeft het bedrijf het grootste aantal pre-orders ontvangen van alle ruimtevaartbedrijven uit de particuliere sector in de Amerikaanse geschiedenis, wat het idee van 3D-printen ondersteunt en bewijst dat investeerders klaar zijn voor de technologische vooruitgang in de ruimtevaartindustrie die Ellis en Noone voor ogen hadden. . 

Volume ruimtevaartindustrie

Het al lang bestaande probleem met ruimtevaart is de betaalbaarheid, deze hoge drempel heeft kleinere landen ervan weerhouden om ruimteprogramma's te lanceren. Er werd ook aangenomen dat ruimtevaart nooit levensvatbaar zou zijn in de particuliere sector totdat SpaceX en Blue Origin het tegendeel bewezen hadden. Relativity Space is een nieuwkomer die deze industrie verstoort om aan de behoeften van landen over de hele wereld te voldoen. Naarmate onze vraag naar satellieten en raketlanceringen toeneemt, groeit de vraag naar ruimtevaart exponentieel. Momenteel wordt de ruimtevaartindustrie gewaardeerd op $ 350 miljard dollar en volgens Morgan Stanley zal naar verwachting groeien tot $ 1.1 biljoen tegen het jaar 2040. 

Bijna 50% van de ruimtevaartindustrie bestaat uit lanceringen van satellieten, dit erkennende, heeft de particuliere sector zichzelf op een meer utilitaire manier gestuurd die beter geschikt is voor de verspreiding van satellieten in een lage baan. Dit is op meer dan één manier gunstig: de behoefte aan vracht in de ruimte groeit en we hebben oplossingen nodig die het meest geschikt zijn om grote hoeveelheden over een lange afstand naar vreemde planeten te vervoeren. om op de planeet te produceren en te creëren, kunnen we niet verwachten dat we vracht naar een planeet die een maand verwijderd is, naar behoefte verschepen. 

Relativity Space, met Terran 1 en Terran R, richt zich sterk op de behoeften van vrachtdistributie. Terran 1 (85% 3D-geprint) zal een laadvermogen hebben van 2700 lbs, dit zal sterk gewijd zijn aan technologieën voor het verzamelen van informatie aan boord terwijl ze testen en zich voorbereiden op de lancering van Terran R in 2024, Terran R (95% 3D-geprint) zal naar verwachting hebben een laadvermogen van 44,000 pond. Tarran 1 is beter geschikt voor missies in een lage baan, waarbij Terran R als doel heeft om in 2024 naar Mars te vliegen. 

Relativiteitsruimte

Relativiteitsruimte is uitgegroeid tot een bedrijf dat een Waardering van 4.2 miljard dollar en het veiligstellen van meer dan 1.3 miljoen vierkante voet productieruimte in een opmerkelijk korte periode. Het bedrijf is geweest meerdere octrooien verleend rond zijn 3D-printtechnologieën en zelfs enkele van zijn legeringen. Het bedrijf kan dit gedeeltelijk doen dankzij de volledige productie in eigen huis, waar andere raketfabrikanten vertrouwen op toeleveringsketens en externe fabrikanten. Relativity Space doet dit helemaal alleen in 1 van zijn 4 magazijnen verspreid over de Verenigde Staten. Ze zijn er niet alleen in geslaagd om alle benodigde technologieën in huis te halen, ze zijn er ook in geslaagd word het vierde bedrijf in de geschiedenis van Cape Canaveral om een ​​speciaal lanceerplatform te hebben, hebben ze ook een basis op de luchtmachtbasis Vandenberg. 

De gepatenteerde technologieën van Relativity Space hebben hen in staat gesteld om nieuw ontworpen 3D-printers te vervaardigen met behulp van plasmaboogontlading en laserlassen met aluminiumlegeringen met een snelheid van 10″ per seconde lasdraad die volledig in eigen beheer is ontworpen. Dit heeft hen in staat gesteld om het eindproduct beter af te stemmen op hun specifieke behoeften met nooit eerder vertoonde snelheden. Machine learning optimaliseert een vloeiender ontwerp, waarbij in veel gevallen onderdelen worden geproduceerd die anders bijna onmogelijk te vervaardigen zouden zijn.

Ellis en zijn team moesten verschillende onvoorziene technische uitdagingen oplossen, zoals het kromtrekken van metaal. In dit geval concludeerde het team dat de beste aanpak was om de exacte specificaties van kromtrekken inherent aan elke legering te leren kennen en de algoritmen voor machine learning te gebruiken om hun programma's beter aan te passen aan de specifieke legering die voor het proces wordt gebruikt. Hierdoor konden ze dienovereenkomstig berekenen en aanpassen om de kromming van het onderdeel in de metingen te integreren bij het maken ervan. Ellis stelt dat dit algoritme over de lengte van de raket heeft geleid tot een tolerantie van 2 duizendsten van een inch. Dit is nog een ander voorbeeld van hoe machine learning de productie ten goede komt. 

Vereenvoudiging schiet omhoog op de prioriteitenlijst

In eerdere generaties van raketverkenning was redundantie verplicht voor elke afzonderlijke beslissing van NASA. In het geval van een mogelijke storing moest elk onderdeel minimaal één back-uponderdeel hebben. Dit denken is terug te zien in de technische en productiebeslissingen tijdens de verschillende iteraties van NASA-raketten. Maar waar staan ​​we als het doel is om onderdelen te verminderen en de productie van raketten te vereenvoudigen? Welke invloed heeft dit op de redundantie?

In het geval van Relative Space is de vereenvoudiging van de raket gunstig voor redundantie. De vermindering van het aantal onderdelen houdt rechtstreeks verband met het onderhoudsgemak en de mogelijkheid om onderdelen op verzoek te vervangen of te repareren. Met de vooruitgang op het gebied van 3D-printen en de kleinere vereisten voor hoogwaardige printers, is het nu haalbaar om 3D-printers aan boord van vliegtuigen te hebben tijdens bemande vluchten en mogelijk op gekoloniseerde planeten te worden gestationeerd.

Dit is overal in de Terran 1- en Terran T-raketten te zien, van hun injectiemondstukken die uit 1 afzonderlijk onderdeel zijn gemaakt tot de koelsystemen van de expansiekamers die rechtstreeks in de verwarmde oppervlakken worden gedrukt. Deze oversimplificaties hebben geresulteerd in betrouwbaardere en kosteneffectievere onderdelen die praktisch overal kunnen worden gemaakt waar ze in de printer kunnen passen. Dit zorgt ook voor minder onderhoud en downtime vanwege het gebrek aan praktische vereisten om het onderdeel te demonteren en weer in elkaar te zetten.