O espaço da relatividade está remodelando a indústria espacial?

Durante os últimos 62 anos, a indústria espacial americana projetou e desenvolveu seu caminho para o espaço sideral em um ritmo mais rápido do que os humanos jamais poderiam imaginar, alcançando nossa própria lua até sistemas solares distantes e além. Mas e se eu te dissesse que esta indústria está prestes a experimentar uma mudança de paradigma em tecnologias? Empresas como a Relativity Space e a SpaceX estão liderando uma das maiores mudanças em tecnologia e manufatura que o setor pode experimentar. Neste artigo, exploraremos quais tecnologias e adventos o Espaço da Relatividade está utilizando para atingir esse objetivo.

Quem é Tim Elis?

Para entender melhor Tim Ellis, temos que olhar mais para trás. Quando jovem, Tim reconheceu sua capacidade de hiperfoco e multitarefa por meio de sua obsessão por Lego, tanto que Tim ainda tem o polegar permanentemente dobrado na mão direita devido ao extremo tempo e esforço gastos na construção de Lego.

Ellis começou no University of Southern California, onde planejava se formar como roteirista e estudar como parte do programa Opção Temática da USC. No entanto, durante sua orientação de calouro, ele mudou sua especialização para engenharia aeroespacial. O outro cofundador e CTO da Ellis and Relativity, Jordânia Ninguém, ambos ocuparam cargos de liderança no Laboratório de Propulsão de Foguetes da USC. Durante seu tempo no Laboratório de Propulsão de Foguetes, Ellis e Noone ajudaram a lançar ao espaço o primeiro foguete projetado e construído por estudantes. Enquanto frequentava a USC, Ellis fez 3 estágios na Blue Origin e obteve um bacharelado e um mestrado em ciências.

Após a formatura, Ellis continuou a trabalhar em tempo integral com a Blue Origin por 5 anos, concentrando-se fortemente em 3D impresso tecnologias de foguetes. Mais tarde, ele atuou como engenheiro de desenvolvimento de propulsão nos propulsores RCS da cápsula da tripulação. Mais tarde, ele seria creditado por trazer a impressão 3D interna para a origem azul. 

As origens

Enquanto Ellis e Noone passavam seu tempo desenvolvendo tecnologias de manufatura aditiva especificamente projetadas para ajudar na propulsão de foguetes, eles reconheceram a gravidade do impacto dessa tecnologia na indústria espacial e decidiram buscar uma abordagem mais ambiciosa para a fabricação de foguetes. 

Ellis e Noone iriam lançar a Relativity Space Industries em 2015. Inicialmente, eles buscaram levantar $ 500,000 em dinheiro inicial, mas sem nenhuma experiência real em arrecadar fundos para uma start-up, Ellis se arriscou e decidiu enviar um e-mail frio para Mark Cuban, evidentemente seu e-mail seria convincente o suficiente para convencer Mark a investir todos os $ 500,000. Mais de uma semana desde a ideia esboçada em um guardanapo da Starbucks até a obtenção de financiamento. Ellis e Noone começariam o passeio selvagem que mais tarde se tornaria uma história de sucesso única. 

Ellis e Noone lutando para acompanhar a taxa de crescimento reconheceriam mais tarde que o financiamento de Mark veio tão rapidamente que eles realmente não tinham onde depositar os fundos. Com os fundos disponíveis e a ambição de conquistar qualquer tarefa, eles começaram a tarefa monumental de criar foguetes totalmente impressos em 3D. Até o momento, o Relativity Space arrecadou com sucesso 2.3 bilhões de dólares em 4 rodadas.

fabricação aditiva 

O espaço da relatividade agora enfrentava a tarefa monumental de criar foguetes totalmente impressos em 3D para melhorar a produção de foguetes, diminuir o custo e aumentar a simplicidade do design. Ellis entendeu que as impressoras 3D eram a resposta para isso devido à sua capacidade de simplificar e criar coisas com mais rapidez e economia do que os métodos de ferramentas anteriores e, como bônus, essa nova tecnologia era mais ecológica e mais eficiente em termos de energia.

O tempo de teste foi reduzido em alguns casos em 10x. por exemplo, as gerações anteriores de foguetes levariam mais de 10 anos para passar da teoria a um produto viável, e o Relativity Space pode produzir protótipos em menos de 60 dias. Mas não foi tão simples quanto comprar uma impressora 3D de metal e iniciar a produção, a Relativity Space teve que fabricar suas próprias impressoras 3D e até projetar internamente suas próprias ligas derivadas do especialista em metal de sua equipe. Esses feitos são enormes por conta própria, muito menos as complicações restantes que existem ao projetar foguetes. 

A manufatura aditiva resolveu quase todos os problemas existentes da indústria espacial com linhas de produção, elimina a necessidade de ferramentas especiais, acelera o tempo desde a ideia até o produto viável e permite que o espaço da Relativity teste e produza substancialmente mais iterações em um período mais curto do que qualquer outro fabricante de foguetes. Quando você está falando sobre uma indústria que lida com milhões e até bilhões em cargas valiosas, essas tecnologias precisam ser experimentadas, verdadeiras e testadas. Apesar desses obstáculos, a empresa recebeu a maior quantidade de pré-encomendas de qualquer empresa espacial do setor privado na história americana, reforçando a ideia da impressão 3D e provando que os investidores estão prontos para os avanços tecnológicos na indústria espacial que Ellis e Noone imaginaram. . 

Volume da indústria espacial

O problema de longa data com as viagens espaciais tem sido a acessibilidade, esse alto limite impediu que nações menores lançassem programas espaciais. Também foi assumido que as viagens espaciais nunca seriam viáveis ​​no setor privado até que a SpaceX e a Blue Origin se provassem erradas. O Relativity Space é um recém-chegado que está revolucionando esse setor para atender às necessidades de nações em todo o mundo. À medida que nossa demanda por satélites e lançamentos de foguetes aumenta, a demanda por viagens espaciais cresce exponencialmente. Atualmente, a indústria espacial está avaliada em $ 350 bilhões de dólares e de acordo com o Morgan Stanley, deve crescer para US$ 1.1 trilhão até o ano 2040. 

Quase 50% da indústria espacial são lançamentos de satélites, reconhecendo isso, o setor privado tem se orientado de maneira mais utilitária e mais adequada à distribuição de satélites em órbita baixa. Isso é benéfico em mais de uma maneira, a necessidade de carga no espaço está crescendo e precisamos de soluções mais adequadas para transportar grandes quantidades por longas distâncias para planetas estrangeiros Se quisermos terraformar um planeta como Marte, precisaremos ter a capacidade para fabricar e criar no planeta, não podemos esperar enviar cargas conforme necessário para um planeta daqui a um mês. 

A Relativity Space, com Terran 1 e Terran R, está fortemente focada nas necessidades de distribuição de cargas. O Terran 1 (85% impresso em 3D) terá uma carga útil de 2700 libras, será fortemente dedicado às tecnologias de coleta de informações a bordo enquanto eles testam e se preparam para lançar o Terran R em 2024, espera-se que o Terran R (95% impresso em 3D) tem uma carga útil de 44,000 libras. O Tarran 1 é mais adequado para missões de órbita baixa, com o Terran R tendo o objetivo de voar para Marte em 2024. 

espaço de relatividade

O espaço de relatividade tornou-se uma empresa que reforça uma Avaliação de 4.2 bilhões de dólares e garantindo mais de 1.3 milhão de pés quadrados de espaço de fabricação em um período notavelmente curto. A empresa foi concedeu várias patentes envolvendo suas tecnologias de impressão 3D e até mesmo algumas de suas ligas. A empresa pode fazer isso em parte devido à fabricação interna completa, onde outros fabricantes de foguetes dependem de cadeias de suprimentos e fabricantes externos. A Relativity Space está fazendo isso sozinha em 1 de seus 4 armazéns espalhados pelos Estados Unidos. Eles não apenas conseguiram trazer todas as tecnologias necessárias internamente, como também conseguiram tornar-se a quarta empresa na história de Cabo Canaveral para ter uma plataforma de lançamento dedicada, eles também têm uma base na base da força aérea de Vandenberg. 

As tecnologias proprietárias da Relativity Space permitiram que eles fabricassem impressoras 3D recém-projetadas utilizando descarga de arco de plasma e solda a laser com ligas de alumínio a uma taxa de 10 ″ por segundo de fio de solda projetado totalmente internamente. Isso lhes permitiu ajustar melhor o produto final para atender às suas necessidades específicas em velocidades nunca antes vistas. O aprendizado de máquina otimiza um design mais fluido, em muitos casos produzindo peças que de outra forma seriam quase impossíveis de fabricar.

Ellis e sua equipe tiveram que resolver vários desafios técnicos imprevistos, como empenamento de metal. Nesse caso, a equipe concluiu que a melhor abordagem era aprender as especificações exatas de deformação inerentes a cada liga e utilizar os algoritmos de aprendizado de máquina para ajustar melhor seus programas de acordo com a liga específica usada no processo. Isso permitiu que eles calculassem e ajustassem de acordo para integrar a deformação da peça nas medições ao criá-la. Ellis afirma que, ao longo do comprimento do foguete, esse algoritmo levou a uma tolerância de 2 milésimos de polegada. Este é mais um exemplo de como o aprendizado de máquina pode beneficiar a manufatura. 

Simplificação disparando na lista de prioridades

Nas gerações anteriores de exploração de foguetes, a redundância era obrigatória para cada decisão tomada pela NASA. Em caso de falha potencial, cada peça deve ter no mínimo uma peça de backup. Esse pensamento pode ser visto nas decisões de engenharia e fabricação ao longo das várias iterações dos foguetes da NASA. Mas onde ficamos quando o objetivo é reduzir peças e simplificar a fabricação de foguetes? Como isso afetará a redundância?

No caso do Espaço Relativo, a simplificação do foguete é benéfica para a redundância. A redução na contagem de peças está diretamente relacionada à facilidade de manutenção e à capacidade de trocar ou reparar peças sob demanda. Com os avanços na impressão 3D e a diminuição dos requisitos de tamanho para impressoras de alta qualidade, agora é possível ter impressoras 3D a bordo de aeronaves em voos tripulados e potencialmente estacionadas em planetas colonizados.

Isso pode ser visto em todos os foguetes Terran 1 e Terran T, desde seus bicos injetores produzidos a partir de 1 peça individual até os sistemas de refrigeração das câmaras de expansão sendo impressos diretamente nas superfícies aquecidas. Essas simplificações excessivas resultaram em peças mais confiáveis ​​e econômicas que podem ser fabricadas de maneira viável em qualquer lugar que elas consigam ajustar à impressora. Isso também permitirá a redução da manutenção e do tempo de inatividade devido à falta de requisitos práticos para desmontar e remontar a peça.