Este Relativity Space Reconfigurând Industria Spațială?

În ultimii 62 de ani, industria spațială americană a proiectat și dezvoltat tehnologii care au permis oamenilor să ajungă în spațiu la o rată mai rapidă decât ar fi putut imagina vreodată, de la lună până la sisteme solare îndepărtate și dincolo. Dar ce-ar fi dacă v-aș spune că această industrie este pe punctul de a experimenta o schimbare de paradigmă în tehnologii? Companii precum Relativity Space și SpaceX (SPCX ) sunt în fruntea uneia dintre cele mai mari schimbări tehnologice și de fabricație pe care industria le-a experimentat vreodată. În acest articol, vom explora care sunt tehnologiile și inovațiile pe care Relativity Space le utilizează pentru a atinge acest obiectiv.

Cine este Tim Ellis?

Pentru a înțelege mai bine pe Tim Ellis, trebuie să ne uităm mai departe în trecut. Ca tânăr, Ellis și-a recunoscut abilitatea de a se concentra și de a face mai multe lucruri simultan, datorită pasiunii sale pentru Lego, astfel încât Ellis încă are un deget permanent îndoit pe mâna dreaptă din cauza timpului și efortului pe care l-a cheltuit pentru a construi cu Lego.

Ellis a început la Universitatea din California de Sud, unde plănuia să absolve ca scenarist și să studieze ca parte a programului Thematic Option al USC. Cu toate acestea, în timpul orientării sale de freshman, el și-a schimbat specializarea în inginerie aerospațială. Ellis și celălalt co-fondator și CTO al Relativity, Jordan Noone, au avut funcții de conducere la Laboratorul de Propulsie cu Rachete al USC. În timpul șederii lor la Laboratorul de Propulsie cu Rachete, Ellis și Noone au ajutat la lansarea primului rachetă proiectată și construită de studenți în spațiu. Pe parcursul studiilor sale la USC, Ellis a avut 3 internship-uri cu Blue Origin și a obținut atât o diplomă de licență, cât și una de master.

După absolvire, Ellis a continuat să lucreze full-time cu Blue Origin timp de 5 ani, concentrându-se puternic pe tehnologii de imprimare 3D pentru rachete. Mai târziu, el a devenit inginer de dezvoltare a propulsiei pentru sistemele de propulsie ale capsulei. El a fost creditat ulterior pentru aducerea tehnologiei de imprimare 3D în cadrul Blue Origin.

Origini

În timp ce Ellis și Noone au petrecut timpul dezvoltând tehnologii de fabricație aditivă, special concepute pentru a ajuta la propulsia rachetelor, ei au recunoscut gravitatea impactului acestor tehnologii asupra industriei spațiale și au decis să urmeze o abordare mai ambițioasă pentru fabricarea rachetelor.

Ellis și Noone au lansat Relativity Space Industries în 2015. Inițial, ei au căutat să strângă 500.000 de dolari în fonduri de start, dar, fără experiență reală în strângerea de fonduri pentru o companie nouă, Ellis a decis să trimită un e-mail nesolicitat lui Mark Cuban, care s-a dovedit a fi suficient de convingător pentru a-l determina pe Mark să investească suma completă de 500.000 de dolari. În mai puțin de o săptămână de la ideea schițată pe o servietă de la Starbucks (SBUX ) până la obținerea fondurilor, Ellis și Noone au început aventura care avea să devină o poveste de succes unică.

Ellis și Noone, care se luptau să țină pasul cu ritmul de creștere, au recunoscut ulterior că fondurile de la Mark au venit atât de repede încât nu aveau niciun loc unde să depoziteze banii. Cu fondurile în loc și cu ambiția de a cuceri orice sarcină, ei au început sarcina monumentală de a crea rachete complet imprimate 3D. Până în prezent, Relativity Space a strâns cu succes 2,3 miliarde de dolari prin 4 runde de finanțare.

Fabricație aditivă

Relativity Space se confrunta acum cu sarcina monumentală de a crea rachete complet imprimate 3D pentru a avansa producția de nave spațiale, a reduce costurile și a crește simplitatea designului. Ellis a înțeles că imprimantele 3D erau răspunsul la această provocare, datorită capacității lor de a simplifica și de a crea lucruri mai rapid și mai ieftin decât metodele de instrumentare anterioare, iar ca bonus, această nouă tehnologie era mai ecologică și mai eficientă din punct de vedere energetic.

Timpul de testare a fost redus în unele cazuri cu 10 ori. De exemplu, generațiile anterioare de rachete necesitau până la 10 ani pentru a trece de la teorie la un produs viabil, iar Relativity Space poate produce prototipuri în mai puțin de 60 de zile. Dar nu a fost atât de simplu pe cât pare, deoarece Relativity Space a trebuit să-și fabrice propriile imprimante 3D și chiar să proiecteze aliaje în cadrul echipei, pornind de la specialiștii în metal. Aceste realizări sunt masive în sine, fără a mai lua în considerare complicațiile rămase atunci când se proiectează rachete.

Fabricația aditivă era menită să rezolve aproape toate problemele existente ale industriei spațiale legate de linii de producție, eliminând nevoia de instrumentare specială, accelerând timpul de la idee la produs viabil și permițând Relativity Space să testeze și să producă substanțial mai multe iterații într-un interval de timp mai scurt decât oricare alt producător de rachete. Când vorbim despre o industrie care se ocupă cu miliarde de dolari în marfă valoroasă, aceste tehnologii trebuie să fie testate, dovedite și testate. În ciuda acestor obstacole, compania a primit cel mai mare număr de comenzi prealabile din istoria oricărei companii private din sectorul spațial american, consolidând ideea de imprimare 3D și demonstrând că investitorii sunt pregătiți pentru progresul tehnologic în industria spațială pe care Ellis și Noone l-au imaginat.

Imprimanta 3D Relativity Space.

Volumul industriei spațiale

Problema de lungă durată a călătoriilor spațiale a fost accesibilitatea, acest prag ridicat a împiedicat națiuni mai mici să lanseze programe spațiale. Se presupunea că călătoriile spațiale nu ar fi niciodată viabile în sectorul privat până când nu au fost demonstrate contrariul de SpaceX și Blue Origin. Relativity Space este un nou-venit care perturbă această industrie pentru a satisface nevoile națiunilor din întreaga lume. Pe măsură ce cererea noastră pentru sateliți și lansări de rachete crește, cererea de călătorii spațiale crește exponențial. În prezent, industria spațială este evaluată la 350 de miliarde de dolari și, conform Morgan Stanley (MS ) , se estimează că va crește la 1,1 trilion de dolari până în 2040.

Aproape 50% din industria spațială este reprezentată de lansări de sateliți, recunoscând acest lucru, sectorul privat s-a îndreptat spre o abordare mai utilitară, mai potrivită pentru distribuția de sateliți pe orbite joase. Acest lucru este benefic în mai multe moduri, nevoia de marfă în spațiu crește și avem nevoie de soluții mai bune pentru a transporta cantități mari pe distanțe lungi către planete străine. Dacă dorim să terraformăm o planetă ca Marte, vom avea nevoie să putem fabrica și crea pe planetă, nu putem aștepta să transportăm marfă după cum avem nevoie la o planetă aflată la luni distanță.

Relativity Space, cu Terran 1 și Terran R, se concentrează puternic pe nevoile de distribuție a mărfii. Terran 1 (85% imprimat 3D) va avea o sarcină utilă de 2700 de lire, aceasta va fi dedicată în mare parte tehnologiilor de colectare a informațiilor la bord, pe măsură ce testează și se pregătesc să lanseze Terran R în 2024, Terran R (95% imprimat 3D) se estimează că va avea o sarcină utilă de 44.000 de lire. Terran 1 este mai potrivit pentru misiuni pe orbite joase, în timp ce Terran R are ca obiectiv zborul spre Marte în 2024.

Relativity Space

Relativity Space a crescut și a devenit o companie cu o valoare de 4,2 miliarde de dolari și a obținut peste 1,3 milioane de metri pătrați de spațiu de fabricație într-un interval de timp remarcat de scurt. Compania a primit mai multe brevete legate de tehnologiile sale de imprimare 3D și chiar de aliajele sale. Compania poate face acest lucru în parte datorită producției complete în cadrul companiei, unde alți producători de rachete se bazează pe lanțuri de aprovizionare și producători externi. Relativity Space face toate acestea singură, în una dintre cele 4 depozite răspândite în Statele Unite. Nu numai că au reușit să aducă toate tehnologiile necesare în cadrul companiei, dar au și devenit a patra companie din istoria Cape Canaveral care are o rampă de lansare dedicată, ei au și o bază la baza aeriană Vandenberg.

Tehnologiile exclusive ale Relativity Space le-au permis să fabrice imprimante 3D noi, utilizând descărcarea arcului de plasmă și sudarea cu laser cu aliaje de aluminiu la o rată de 10 inci pe secundă de sârmă de sudură, proiectată complet în cadrul companiei. Acest lucru le-a permis să ajusteze mai bine produsul final pentru a se potrivi nevoilor lor specifice la viteze fără precedent. Învățarea automată optimizează un design mai fluid, producând în multe cazuri piese care altfel ar fi fost aproape imposibil de fabricat.

Ellis și echipa sa au trebuit să rezolve mai multe provocări tehnice neprevăzute, cum ar fi răsucirea metalului. În acest caz, echipa a concluzionat că abordarea cea mai bună era să învețe specificațiile exacte de răsucire inerente fiecărui aliaj și să utilizeze algoritmii de învățare automată pentru a ajusta mai bine programele pentru a se potrivi aliajului specific utilizat în proces. Acest lucru le-a permis să calculeze și să ajusteze corespunzător pentru a integra răsucirea piesei în măsurători la crearea acesteia. Ellis afirmă că, pe lungimea rachetei, acest algoritm a condus la o toleranță în limitele a 2 milisecunde. Acesta este încă un exemplu de modul în care învățarea automată poate beneficia fabricația.

Simplificarea urcă în lista de priorități

În generațiile anterioare de explorare a rachetelor, redundanța era obligatorie pentru fiecare decizie luată de NASA. În cazul unei posibile eșuări, fiecare piesă necesită să aibă cel puțin o piesă de rezervă. Acest mod de gândire poate fi văzut în deciziile de inginerie și fabricație din mai multe iterații ale rachetelor NASA. Dar unde ne situăm atunci când obiectivul este de a reduce numărul de piese și de a simplifica fabricarea rachetelor? Cum va afecta acest lucru redundanța?

În cazul Relativity Space, simplificarea rachetei este benefică pentru redundanță. Reducerea numărului de piese se corelează direct cu ușurința în întreținere și capacitatea de a schimba sau repara piese la cerere. Cu progresele în imprimarea 3D și reducerea dimensiunilor necesare pentru imprimante de calitate superioară, este acum fezabil să aveți imprimante 3D la bordul aeronavelor în zboruri cu echipaj și potențial să fie staționate pe planete colonizate.

Acest lucru poate fi văzut în rachetele Terran 1 și Terran T, de la duzele de injecție produse dintr-o singură piesă până la sistemele de răcire a camerelor de expansiune imprimate direct pe suprafețele încălzite. Aceste suprasimplificări au condus la piese mai fiabile și mai rentabile, care pot fi fabricate aproape oriunde, cu condiția să poată încăpea imprimanta. Acest lucru va permite, de asemenea, o reducere a timpului de întreținere și a timpului de întrerupere din cauza lipsei cerințelor manuale de dezasamblare și reasamblare a piesei.