A Relativity Space está Redefinindo a Indústria Espacial?

Durante os últimos 62 anos, a indústria espacial americana projetou e desenvolveu seu caminho para o espaço exterior a uma taxa mais rápida do que os humanos poderiam ter imaginado, alcançando nossa própria lua até sistemas solares distantes e além. Mas e se eu lhe dissesse que essa indústria está prestes a experimentar uma mudança de paradigma nas tecnologias. Empresas como Relativity Space e SpaceX estão liderando uma das maiores mudanças na tecnologia e na fabricação que a indústria pode experimentar. Neste artigo, exploraremos quais tecnologias e avanços a Relativity Space está utilizando para conquistar esse objetivo.

Quem é Tim Ellis?

Para entender melhor Tim Ellis, precisamos olhar um pouco mais atrás. Quando jovem, Tim reconheceu sua capacidade de se concentrar intensamente e multitaskar por meio de sua obsessão com Lego, a ponto de Tim ainda ter um polegar permanentemente dobrado em sua mão direita devido ao tempo e esforço extremos gastos construindo Lego.

Ellis começou na Universidade do Sul da Califórnia, onde planejava se formar como roteirista e estudar como parte do programa de Opção Temática da USC. No entanto, durante a orientação de calouros, ele mudou seu curso para engenharia aeroespacial. Ellis e o outro co-fundador e CTO da Relativity, Jordan Noone, 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 o primeiro foguete projetado e construído por estudantes no espaço. Enquanto frequentava a USC, Ellis teve 3 estágios na Blue Origin e obteve tanto um Bacharelado em Ciências quanto um Mestrado em Ciências.

Após a formatura, Ellis continuou a trabalhar full-time na Blue Origin por 5 anos, focando fortemente em tecnologias de foguetes impressas em 3D. Mais tarde, ele atuou como engenheiro de desenvolvimento de propulsão em propulsores de cápsula de tripulação. Ele seria posteriormente creditado por trazer a impressão 3D para dentro da Blue Origin.

As origens

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

Ellis e Noone iriam lançar a Relativity Space Industries em 2015. Inicialmente, eles buscavam levantar $500.000 em dinheiro de semente, mas sem experiência real em levantar fundos para uma startup, Ellis decidiu enviar um e-mail frio para Mark Cuban, evidentemente seu e-mail foi convincente o suficiente para convencer Mark a investir os $500.000 integrais. Em uma semana, desde a ideia esboçada em um guardanapo de Starbucks até garantir o financiamento. Ellis e Noone começariam a corrida louca que mais tarde se tornaria uma história de sucesso única.

Ellis e Noone, correndo para acompanhar a taxa de crescimento, mais tarde reconheceriam que o financiamento de Mark veio tão rapidamente que eles não tinham sequer um lugar para depositar os fundos. Com os fundos em vigor e a ambição de conquistar qualquer tarefa dada, eles começaram a tarefa monumental de criar foguetes totalmente impressos em 3D. Até o momento, a Relativity Space conseguiu levantar 2,3 bilhões de dólares em 4 rodadas.

Fabricação aditiva

A Relativity Space agora se deparava com a tarefa monumental de criar foguetes totalmente impressos em 3D para melhorar a produção de navios espaciais, diminuir o custo e aumentar a simplicidade do design. Ellis entendia que as impressoras 3D eram a resposta para isso devido à sua capacidade de simplificar e criar coisas mais rápido e barato do que os métodos de ferramentas anteriores, e como bônus, essa nova tecnologia era mais verde e energeticamente eficiente.

O tempo de teste foi reduzido em alguns casos em 10x. Por exemplo, gerações anteriores de foguetes levavam cerca de 10 anos para ir da teoria a um produto viável, e a Relativity Space pode produzir protótipos em menos de 60 dias. Mas não era tão simples quanto comprar uma impressora 3D de metal e começar a produção, a Relativity Space teve que fabricar suas próprias impressoras 3D e até engenheirar internamente suas próprias ligas derivadas do especialista em metal de sua equipe. Esses feitos são massivos por si só, sem mencionar as complicações restantes que existem ao projetar foguetes.

A fabricação aditiva estava prestes a resolver quase todos os problemas existentes da indústria espacial com linhas de produção, elimina a necessidade de ferramentas especiais, acelera o tempo de ideia a produto viável e permite que a Relativity Space teste e produza substancialmente mais iterações em um período mais curto do que qualquer outro fabricante de foguetes. Quando se trata de uma indústria que lida em milhões e frequentemente bilhões em carga valiosa, essas tecnologias precisam ser testadas, comprovadas e testadas. Apesar desses obstáculos, a empresa recebeu a maior quantidade de pedidos antecipados de qualquer empresa privada de espaço na história americana, reforçando a ideia de impressão 3D e provando que os investidores estão prontos para os avanços tecnológicos na indústria espacial que Ellis e Noone imaginaram.

Relativity Space 4g printer.

Volume da indústria espacial

O problema de longa data com viagens espaciais tem sido a acessibilidade, esse alto limiar impediu que nações menores lançassem programas espaciais. Também se supunha que as viagens espaciais nunca seriam viáveis no setor privado até que fosse provado errado pela SpaceX e Blue Origin. A Relativity Space é um recém-chegado que está disruptando essa indústria para atender às necessidades de nações em todo o mundo. À medida que a demanda por satélites e lançamentos de foguetes aumenta, a demanda por viagens espaciais cresce exponencialmente. Atualmente, a indústria espacial é avaliada em $350 bilhões de dólares e, segundo o Morgan Stanley, deve crescer para $1,1 trilhão até 2040.

Quase 50% da indústria espacial são lançamentos de satélites, reconhecendo isso, o setor privado se direcionou de forma mais utilitária, melhor adaptada à distribuição de satélites em órbita baixa. Isso é benéfico de mais de uma forma, a necessidade de carga no espaço está crescendo e precisamos de soluções mais adequadas para transportar grandes quantidades sobre longas distâncias para planetas estrangeiros. Se vamos terraformar um planeta como Marte, precisaremos ter a capacidade de fabricar e criar no planeta, não podemos esperar para enviar carga conforme necessário para um planeta a meses de distância.

A Relativity Space, com Terran 1 e Terran R, está se concentrando fortemente nas necessidades de distribuição de carga. O Terran 1 (85% impresso em 3D) terá uma carga útil de 2700 libras, isso será fortemente dedicado a tecnologias de coleta de informações a bordo, à medida que testam e se preparam para lançar o Terran R em 2024, o Terran R (95% impresso em 3D) deve ter uma carga útil de 44.000 libras. O Terran 1 é mais adequado para missões em órbita baixa, com o Terran R tendo o objetivo de voar para Marte em 2024.

Relativity Space

A Relativity Space cresceu para se tornar uma empresa com uma avaliação de $4,2 bilhão e garantindo mais de 1,3 milhão de pés quadrados de espaço de fabricação em um período notavelmente curto. A empresa foi concedida várias patentes em torno de suas tecnologias de impressão 3D e até mesmo algumas de suas ligas. A empresa pode fazer isso em parte devido à fabricação totalmente interna, onde outros fabricantes de foguetes dependem de cadeias de suprimentos e fabricantes externos. A Relativity Space está fazendo isso tudo sozinha em uma de suas 4 armazéns espalhados pelos Estados Unidos. Não apenas eles conseguiram trazer todas as tecnologias necessárias para dentro da empresa, mas também conseguiram se tornar a quarta empresa na história de Cape Canaveral a ter um local de lançamento dedicado, eles também têm uma base na Base Aérea de Vandenberg.

As tecnologias proprietárias da Relativity Space permitiram que eles fabricassem impressoras 3D projetadas novas, utilizando descarga de arco de plasma e soldagem a laser com ligas de alumínio a uma taxa de 10 polegadas por segundo de fio de solda projetado totalmente internamente. Isso permitiu que eles ajustassem melhor o produto final para atender às suas necessidades específicas em velocidades nunca antes vistas. A aprendizagem 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 a deformação do metal. Nesse caso, a equipe concluiu que a melhor abordagem era aprender as especificações exatas da deformação inerente a cada liga e utilizar os algoritmos de aprendizagem de máquina para ajustar melhor seus programas para atender à liga específica sendo usada no processo. Isso permitiu que eles calculassem e ajustassem de acordo para integrar a deformação da peça nas medidas ao criá-la. Ellis afirma que ao longo do comprimento do foguete, esse algoritmo levou a uma tolerância dentro de 2 milésimos de polegada. Isso é mais um exemplo de como a aprendizagem de máquina está prestes a beneficiar a fabricação.

Simplificação disparando para o topo da lista de prioridades

Em gerações anteriores de exploração de foguetes, a redundância era obrigatória para cada decisão tomada pela NASA. Em caso de falha potencial, cada peça exigia ter pelo menos uma peça de reserva. Esse pensamento pode ser visto nas decisões de engenharia e fabricação ao longo das várias iterações dos foguetes da NASA. Mas onde estamos quando o objetivo é reduzir peças e simplificar a fabricação de foguetes? Como isso afetará a redundância?

No caso da Relativity Space, a simplificação do foguete é benéfica para a redundância. A redução na contagem de peças está diretamente correlacionada à facilidade de manutenção e à capacidade de alterar ou reparar peças sob demanda. Com os avanços na impressão 3D e a diminuição do tamanho necessário para impressoras de alta qualidade, agora é viável ter impressoras 3D a bordo de aeronaves em voos tripulados e potencialmente estacionadas em planetas colonizados.

Isso pode ser visto em todo o Terran 1 e Terran T, desde as suas toberas de injeção produzidas a partir de 1 peça individual até os sistemas de refrigeração das câmaras de expansão impressos diretamente nas superfícies aquecidas. Essas simplificações resultaram em peças mais confiáveis e econômicas que podem ser feitas quase em qualquer lugar que se consiga encaixar a impressora. Isso também permitirá uma manutenção e tempo de inatividade reduzidos devido à falta de necessidade de desmontar e remontar a peça manualmente.