Relativitatea spațiului remodelează industria spațială?

În ultimii 62 de ani, industria spațială americană și-a proiectat și dezvoltat drumul în spațiul cosmic cu un ritm mai rapid decât și-ar fi putut imagina vreodată oamenii, ajungând la propria noastră lună până la sistemele solare îndepărtate și nu numai. Dar dacă ți-aș spune că această industrie este pe cale să experimenteze o schimbare de paradigmă în tehnologii. Companii precum Relativity Space și SpaceX sunt în fruntea uneia dintre cele mai mari schimbări în tehnologie și producție pe care le-ar putea experimenta vreodată industria. În acest articol, vom explora ce tehnologii și ce apariții utilizează Relativity Space pentru a cuceri acest obiectiv.

Cine este Tim Ellis?

Pentru a-l înțelege mai bine pe Tim Ellis, trebuie să privim mai mult înapoi. De tânăr, Tim și-a recunoscut capacitatea de a se concentra și de a face mai multe sarcini prin obsesia lui pentru Lego, atât de mult încât Tim are încă degetul mare îndoit în permanență pe mâna dreaptă, din cauza duratei extreme de timp și efort petrecut pentru construirea Lego.

Ellis a început la Universitatea din California de Sud, unde plănuia să absolve ca scenarist și să studieze ca parte a programului de opțiune tematică al USC. Cu toate acestea, în timpul orientării sale de boboc, și-a schimbat specializarea la inginerie aerospațială. Celălalt co-fondator și CTO al lui Ellis și Relativity, Jordan Nimeni, ambii au ocupat poziții de conducere la Rocket Propulsion Lab al USC. În timpul petrecut în Rocket Propulsion Lab, Ellis și Noone au ajutat la lansarea primei rachete proiectate și construite de elevi în spațiu. În timp ce frecventa USC, Ellis a avut 3 stagii cu Blue Origin și a obținut atât o licență în științe, cât și un master în științe.

După absolvire, Ellis a continuat să lucreze cu normă întreagă cu Blue Origin timp de 5 ani, concentrându-se foarte mult pe Imprimat 3D tehnologii de rachete. Mai târziu, a lucrat ca inginer de dezvoltare a propulsiei pe propulsoarele RCS cu capsule pentru echipaj. Mai târziu, el va fi creditat pentru că a adus tipărirea 3D internă la originea albastră. 

Originile

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

Ellis și Noone urmau să lanseze Relativity Space Industries în 2015. Inițial, au căutat să strângă 500,000 de dolari în bani de lansare, dar fără experiență reală în strângerea de fonduri pentru un start-up, Ellis a ieșit pe un pas și a decis să-i trimită un e-mail rece lui Mark Cuban, evident că e-mailul său ar fi suficient de convingător pentru a-l convinge pe Mark să investească totalul 500,000 USD. Peste o săptămână de la ideea schițată pe un șervețel Starbucks până la obținerea finanțării. Ellis și Noone aveau să înceapă călătoria sălbatică care avea să devină mai târziu o poveste de succes unică. 

Ellis și Noone, care se străduiau să țină pasul cu ritmul de creștere, vor recunoaște mai târziu că finanțarea de la Mark a venit atât de repede încât de fapt nu aveau unde să depună fondurile. Cu fondurile la locul lor și ambiția de a cuceri orice sarcină dată, 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 în 4 runde.

Fabricarea aditivilor 

Spațiul relativității s-a confruntat acum cu sarcina monumentală de a crea rachete complet imprimate 3D pentru a avansa mai bine producția de nave-rachete, a reduce costurile și a crește simplitatea designului. Ellis a înțeles că imprimantele 3D erau răspunsul la acest lucru datorită capacității lor de a simplifica și de a crea lucruri mai rapid și mai ieftin decât metodele anterioare de scule și, ca bonus, această nouă tehnologie era mai ecologică și mai eficientă din punct de vedere energetic.

Timpul până la testare a fost redus în unele cazuri de 10 ori. de exemplu, generațiile anterioare de rachete ar dura mai mult de 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 la fel de simplu ca să cumpere o imprimantă 3D din metal și să înceapă producția, Relativity Space a trebuit să-și producă propriile imprimante 3D și chiar să-și creeze propriile aliaje derivate de la specialistul în metal al echipei lor. Aceste fapte sunt masive de la sine, darămite complicațiile rămase care există la proiectarea rachetelor. 

Fabricația aditivă a rezolvat aproape toate problemele existente ale industriei spațiale cu liniile de producție, elimină nevoia de unelte speciale, accelerează timpul de la idee la produsul viabil și permite spațiului Relativity să testeze și să producă substanțial mai multe iterații într-o perioadă mai scurtă. decât orice alt producător de rachete. Când vorbiți despre o industrie care se ocupă de milioane și adesea chiar de miliarde de mărfuri valoroase, aceste tehnologii trebuie încercate, adevărate și testate. În ciuda acestor obstacole, compania a primit cea mai mare cantitate de precomenzi ale oricărei companii spațiale din sectorul privat din istoria Americii, întărind ideea de imprimare 3D și demonstrând că investitorii sunt pregătiți pentru progresele tehnologice din industria spațială pe care Ellis și Noone le-au imaginat. . 

Volumul industriei spațiale

Problema de lungă durată cu călătoriile în spațiu a fost accesibilitatea, acest prag ridicat a împiedicat națiunile mai mici să lanseze programe spațiale. S-a presupus, de asemenea, că călătoriile în spațiu nu vor fi niciodată viabile în sectorul privat până când SpaceX și Blue Origin nu vor fi dovedite greșite. Relativity Space este un nou venit care perturbă această industrie pentru a satisface nevoile națiunilor din întreaga lume. Pe măsură ce cererea noastră de sateliți și lansări de rachete crește, cererea pentru călătorii în spațiu crește exponențial. În prezent, industria spațială este evaluată la 350 de miliarde de dolari și conform lui Morgan Stanley, este de așteptat să crească la 1.1 trilioane de dolari până în anul 2040. 

Aproape 50% din industria spațială este legată de lansări de sateliți, recunoscând acest lucru, sectorul privat sa condus într-un mod mai utilitar, mai potrivit pentru distribuția de sateliți pe orbită joasă. Acest lucru este benefic în mai mult de un fel, nevoia de încărcătură în spațiu este în creștere și avem nevoie de soluții cele mai potrivite pentru a transporta cantități mari pe o distanță lungă către planete străine. Dacă vrem să terraformam o planetă precum Marte, va trebui să avem capacitatea pentru a produce și a crea pe planetă, nu ne putem aștepta să expediem mărfuri după cum este necesar la o lună distanță de planetă. 

Relativity Space, cu Terran 1 și Terran R, se concentrează în mare măsură pe nevoile de distribuție a mărfurilor. Terran 1 (85% imprimat 3d) va avea o sarcină utilă de 2700 lbs, acesta va fi dedicat în mare măsură tehnologiilor de colectare a informațiilor de la bord, în timp ce testează și se pregătesc pentru lansarea Terran R în 2024, Terran R (95% imprimat 3d) este de așteptat să au o sarcină utilă de 44,000 lbs. Tarran 1 fiind mai potrivit pentru misiunile pe orbită joasă, Terran R având scopul de a zbura pe Marte în 2024. 

Spațiul relativității

Spațiul relativității a crescut într-o companie care susține a Evaluare de 4.2 miliarde de dolari și asigurarea a peste 1.3 milioane de metri pătrați de spațiu de producție într-o perioadă remarcabil de scurtă. Compania a fost a acordat mai multe brevete înconjurând tehnologiile sale de imprimare 3d și chiar unele dintre aliajele sale. Compania poate face acest lucru în parte datorită producției interne complete, unde alți producători de rachete se bazează pe lanțuri de aprovizionare și pe producători externi. Relativity Space face totul pe cont propriu la unul dintre cele 1 depozite ale sale răspândite în Statele Unite. Nu numai că au reușit să aducă toate tehnologiile necesare în casă, au reușit și să le aducă a devenit a patra companie din istoria Cape Canaveral pentru a avea o rampă de lansare dedicată, au și o bază la baza forțelor aeriene Vandenberg. 

Tehnologiile proprietare ale Relativity Space le-au permis să producă imprimante 3D nou proiectate, utilizând descărcarea arcului de plasmă și sudarea cu lasere cu aliaje de aluminiu la o rată de 10 inchi pe secundă de sârmă de sudură proiectată complet în casă. Acest lucru le-a permis să ajusteze mai bine produsul final pentru a se potrivi nevoilor lor specifice la viteze nemaivăzute până acum. Învățarea automată se optimizează un design mai fluid, în multe cazuri producând piese care altfel ar fi aproape imposibil de fabricat.

Ellis și echipa sa au trebuit să rezolve mai multe provocări tehnice neprevăzute, cum ar fi deformarea metalului. În acest caz, echipa a concluzionat că cea mai bună abordare a fost să învețe specificațiile exacte ale deformarii inerente fiecărui aliaj și să utilizeze algoritmii de învățare automată pentru a-și ajusta mai bine programele pentru a se potrivi cu aliajul specific utilizat pentru proces. Acest lucru le-a permis să calculeze și să ajusteze în consecință pentru a integra deformarea piesei în măsurători atunci când o creează. Ellis afirmă că pe toată lungimea rachetei, acest algoritm a condus la o toleranță de 2 miimi de inch. Acesta este încă un exemplu al modului în care învățarea automată poate aduce beneficii producției. 

Simplificarea ridicând lista de priorități

În generațiile anterioare de explorare cu rachete, redundanța era obligatorie pentru fiecare decizie luată de NASA. În cazul unei defecțiuni potențiale, fiecare parte trebuie să aibă cel puțin o parte de rezervă. Această gândire poate fi văzută în deciziile de inginerie și producție de-a lungul mai multor iterații ale rachetelor NASA. Dar unde ne aflăm când scopul este reducerea pieselor și simplificarea producției de rachete? Cum va afecta acest lucru redundanța?

În cazul Spațiului Relativ, simplificarea rachetei este benefică pentru redundanță. Reducerea numărului de piese este direct corelată cu ușurința întreținerii și cu capacitatea de a schimba sau repara piesele la cerere. Odată cu progresele în imprimarea 3D și cu cerințele de dimensiune reduse pentru imprimante de înaltă calitate, este acum fezabil să aveți imprimante 3D la bordul aeronavelor în zboruri cu echipaj și posibil să fie staționate pe planete colonizate.

Acest lucru poate fi văzut în toate rachetele Terran 1 și Terran T, de la duzele lor de injecție produse dintr-o parte individuală până la sistemele de răcire a camerelor de expansiune imprimate direct pe suprafețele încălzite. Aceste simplificări excesive au dus la piese mai fiabile și mai rentabile, care pot fi fezabile aproape oriunde pot reuși să se potrivească cu imprimanta. Acest lucru va permite, de asemenea, o întreținere redusă și timpi de nefuncționare din cauza lipsei de cerințe practice pentru dezasamblarea și reasamblarea piesei.