Czy Relativity Space zmienia branżę kosmiczną?

Przez ostatnie 62 lata amerykańska branża kosmiczna inżynierii i rozwoju wkraczała w przestrzeń zewnętrzną w tempie szybszym, niż ludzie mogliby to sobie wyobrazić, sięgając od naszego księżyca aż do odległych układów słonecznych i poza. Ale co, jeśli powiem, że ta branża ma doświadczyć zmiany paradygmatu w technologiach. Firmy takie jak Relativity Space i SpaceX (SPCX ) są na czele jednej z największych zmian w technologiach i produkcji, jakie ta branża może doświadczyć. W tym artykule będziemy badać, jakie technologie i osiągnięcia Relativity Space wykorzystuje, aby osiągnąć ten cel.

Kim jest Tim Ellis?

Aby lepiej zrozumieć Tima Ellisa, musimy cofnąć się w czasie. Jako młody człowiek Tim rozpoznał swoją zdolność do hiperośrodka i wielozadaniowości poprzez swoją obsesję na punkcie Lego, tak bardzo, że Tim nadal ma trwale zgięty kciuk na prawej ręce z powodu ekstremalnej ilości czasu i wysiłku poświęconego na budowanie Lego.

Ellis rozpoczął na Uniwersytecie Południowej Kalifornii, gdzie planował ukończyć studia jako scenarzysta i studiować w ramach programu Thematic Option USC. Jednak podczas swojego pierwszego roku, zmienił kierunek studiów na inżynierię lotniczą. Ellis i współzałożyciel Relativity, CTO, Jordan Noone, zajmowali stanowiska kierownicze w Laboratorium Napędu Rakiety USC. Podczas swojego pobytu w Laboratorium Napędu Rakiety, Ellis i Noone pomogli wystrzelić pierwszą rakietę zaprojektowaną i zbudowaną przez studentów w przestrzeń. Podczas studiów na USC Ellis miał 3 staże w Blue Origin i uzyskał zarówno tytuł licencjata, jak i magistra.

Po ukończeniu studiów Ellis kontynuował pracę na pełny etat w Blue Origin przez 5 lat, koncentrując się na drukowaniu 3D technologii rakietowych. Później pracował jako inżynier rozwoju napędu w dziale RCS thrusters. Później został uznany za osobę, która wprowadziła druk 3D do Blue Origin.

Początki

Podczas gdy Ellis i Noone spędzali czas na rozwijaniu technologii drukowania addytywnego, specjalnie zaprojektowanych w celu pomocy w napędzie rakietowym, rozpoznali wagę wpływu tych technologii na branżę kosmiczną i postanowili podjąć bardziej ambitne podejście do produkcji rakiet.

Ellis i Noone założyli Relativity Space Industries w 2015 roku. Początkowo szukali 500 000 dolarów na rozpoczęcie działalności, ale bez doświadczenia w pozyskiwaniu funduszy na startup, Ellis postanowił wysłać zimny e-mail do Marka Cubana, który okazał się wystarczająco przekonywujący, aby Mark zainwestował pełne 500 000 dolarów. W ciągu tygodnia od pomysłu zapisanego na serwetce w Starbucks (SBUX ) do zabezpieczenia finansowania. Ellis i Noone rozpoczęli niezwykłą przygodę, która miała się stać wyjątkową historią sukcesu.

Ellis i Noone, walcząc, aby nadążyć za tempem wzrostu, później przyznali, że finansowanie od Marka przychodziło tak szybko, że nie mieli nawet gdzie zdeponować funduszy. Z funduszami na miejscu i ambicją, aby pokonać każde zadanie, rozpoczęli monumentalne zadanie tworzenia w pełni wydrukowanych rakiet 3D. Do tej pory Relativity Space zebrała z powodzeniem 2,3 miliarda dolarów w ramach 4 rund.

Drukowanie addytywne

Relativity Space stanęła teraz przed monumentalnym zadaniem stworzenia w pełni wydrukowanych rakiet 3D, aby lepiej rozwinąć produkcję statków kosmicznych, zmniejszyć koszty i zwiększyć prostotę konstrukcji. Ellis zrozumiał, że drukarki 3D były odpowiedzią na to ze względu na ich zdolność do uproszczenia i tworzenia rzeczy szybciej i taniej niż poprzednie metody narzędziowe, a jako bonus, ta nowa technologia była bardziej ekologiczna i energooszczędna.

Czas testowania został skrócony w niektórych przypadkach o 10 razy. Na przykład, poprzednie generacje rakiet wymagały ponad 10 lat, aby przejść od teorii do funkcjonalnego produktu, a Relativity Space może wyprodukować prototypy w ciągu mniej niż 60 dni. Ale nie było to tak proste, jak zakup metalowej drukarki 3D i rozpoczęcie produkcji, Relativity Space musiała wyprodukować własne drukarki 3D i nawet opracować własne stopy metali pochodzące z własnego specjalisty od metali. Te osiągnięcia są ogromne same w sobie, nie wspominając o pozostałych komplikacjach, które istnieją przy projektowaniu rakiet.

Drukowanie addytywne rozwiązuje prawie wszystkie istniejące problemy branży kosmicznej związane z liniami produkcyjnymi, eliminuje potrzebę specjalnych narzędzi, przyspiesza czas od pomysłu do funkcjonalnego produktu i pozwala Relativity Space na przetestowanie i wyprodukowanie znacznie więcej iteracji w krótszym czasie niż jakikolwiek inny producent rakiet. Gdy mówimy o branży, która zajmuje się milionami, a często nawet miliardami dolarów w cennych ładunkach, te technologie muszą być sprawdzone, prawdziwe i przetestowane. Pomimo tych przeszkód, firma otrzymała największą ilość zamówień przedprodukcyjnych jakiegokolwiek prywatnego przedsiębiorstwa kosmicznego w historii amerykańskiej, wspierając pomysł drukowania 3D i udowadniając, że inwestorzy są gotowi na postęp technologiczny w branży kosmicznej, jaki Ellis i Noone sobie wyobrazili.

Relativity Space 4g printer.

Wolumen branży kosmicznej

Długoletnim problemem z podróżami kosmicznymi była nieopłacalność, ten wysoki próg uniemożliwił mniejszym narodom uruchomienie programów kosmicznych. Przypuszczano, że podróże kosmiczne nigdy nie będą opłacalne w sektorze prywatnym, dopóki nie zostało to udowodnione przez SpaceX i Blue Origin. Relativity Space jest nowym graczem, który zmienia tę branżę, aby spełnić potrzeby narodów na całym świecie. Wraz ze wzrostem popytu na satelity i starty rakiet popyt na podróże kosmiczne rośnie wykładniczo. Obecnie branża kosmiczna jest warta 350 miliardów dolarów i według Morgan Stanley ma wzrosnąć do 1,1 biliona (MS ) dolarów do 2040 roku.

Prawie 50% branży kosmicznej to starty satelitów, uznając to, sektor prywatny skierował się w bardziej utylitarny sposób, lepiej dostosowany do dystrybucji satelitów na niskiej orbicie. Jest to korzystne w więcej niż jeden sposób, potrzeba ładunku w kosmosie rośnie, a my potrzebujemy rozwiązań najlepiej dostosowanych do transportu dużych ilości na długie dystanse do obcych planet. Jeśli mamy zamiar utrwalić planetę jak Mars, musimy mieć możliwość wytwarzania i tworzenia na planecie, nie możemy oczekiwać, że ładunek zostanie wysłany, gdy będzie to potrzebne do planety oddalonej o miesiące.

Relativity Space, z Terran 1 i Terran R, koncentruje się głównie na potrzebach dystrybucji ładunku. Terran 1 (85% wydrukowane w 3D) będzie miał ładunek 2700 funtów, co będzie silnie poświęcone technologiom informacyjnym na pokładzie, gdy będą testować i przygotowywać się do startu Terran R w 2024 roku, Terran R (95% wydrukowane w 3D) ma mieć ładunek 44 000 funtów. Tarran 1 jest lepiej dostosowany do misji na niskiej orbicie, a Terran R ma na celu polecieć na Marsa w 2024 roku.

Relativity space

Relativity space rozrosła się do firmy o wycenionej na 4,2 miliarda dolarów i zabezpieczyła ponad 1,3 miliona metrów kwadratowych powierzchni produkcyjnej w niezwykle krótkim czasie. Firma otrzymała kilka patentów dotyczących swoich technologii drukowania 3D i nawet niektórych stopów metali. Firma może to robić dzięki pełnej produkcji wewnętrznej, podczas gdy inni producenci rakiet polegają na łańcuchach dostaw i zewnętrznych producentach. Relativity Space robi to wszystko samodzielnie w jednym ze swoich 4 magazynów rozsianych po Stanach Zjednoczonych. Nie tylko udało im się przynieść wszystkie niezbędne technologie do domu, ale także udało im się stać się czwartą firmą w historii Cape Canaveral, która ma dedykowaną platformę startową, mają także bazę w Vandenberg Air Force Base.

Własne technologie Relativity Space pozwoliły im na wytworzenie nowo zaprojektowanych drukarek 3D wykorzystujących łuk plazmowy i spawanie laserowe z stopami aluminium z prędkością 10 cali na sekundę lutego drutu zaprojektowanego w pełni wewnętrznie. To umożliwiło im lepsze dostosowanie produktu końcowego do ich specyficznych potrzeb przy niezwykle wysokich prędkościach. Machine learning optymalizuje bardziej płynną konstrukcję, w wielu przypadkach wytwarzając części, które w przeciwnym razie byłyby prawie niemożliwe do wyprodukowania.

Ellis i jego zespół musieli rozwiązać kilka nieprzewidzianych wyzwań technicznych, takich jak skręcanie metalu. W tym przypadku zespół doszedł do wniosku, że najlepszym podejściem jest nauka dokładnych specyfikacji skręcania właściwych dla każdej stopu i wykorzystanie algorytmów uczenia maszynowego, aby lepiej dostosować ich programy do konkretnego stopu używanego w procesie. To pozwoliło im obliczyć i dostosować odpowiednio do integracji skręcania części w pomiarach podczas tworzenia. Ellis stwierdził, że na długości rakiety, ten algorytm doprowadził do tolerancji w granicach 2 tysięcy części cala. To jest kolejny przykład, jak uczenie maszynowe może przynieść korzyści produkcji.

Uproszczenie rakiet na górze listy priorytetów

W poprzednich generacjach eksploracji rakietowej, nadmiarowość była obowiązkowa dla każdej decyzji podjętej przez NASA. W przypadku potencjalnego awarii każda część wymagała co najmniej jednej części zapasowej. To myślenie można zobaczyć w decyzjach inżynieryjnych i produkcyjnych przez wiele iteracji rakiet NASA. Ale gdzie stoimy, gdy celem jest zmniejszenie liczby części i uproszczenie produkcji rakiet? Jak to wpłynie na nadmiarowość?

W przypadku Relativity Space uproszczenie rakiety jest korzystne dla nadmiarowości. Zmniejszenie liczby części jest bezpośrednio skorelowane z łatwością konserwacji i możliwością wymiany lub naprawy części na żądanie. Z postępem w drukowaniu 3D i zmniejszeniem wymagań dotyczących rozmiaru dla wysokiej jakości drukarek, jest teraz możliwe, aby mieć drukarki 3D na pokładzie samolotów w lotach załogowych i potencjalnie stacjonować na skolonizowanych planetach.

To można zobaczyć w rakietach Terran 1 i Terran T, od dysz wtryskowych wyprodukowanych z jednej części do systemów chłodzenia komór rozszerzających wydrukowanych bezpośrednio na nagrzewanych powierzchniach. Te uproszczenia doprowadziły do powstania bardziej niezawodnych i efektywnych kosztowo części, które można wykonać praktycznie wszędzie, gdzie można zmieścić drukarkę. To również pozwoli na zmniejszenie konserwacji i czasu przestoju z powodu braku wymagań ręcznych do demontażu i ponownego montażu części.