Изменяет ли космическая отрасль относительность космоса?

В течение последних 62 лет американская космическая промышленность проектировала и развивала свой путь в космическое пространство быстрее, чем люди могли себе представить, достигая нашей собственной Луны вплоть до далеких солнечных систем и за их пределами. Но что, если я скажу вам, что в этой отрасли скоро произойдет смена парадигмы в технологиях. Такие компании, как Relativity Space и SpaceX, возглавляют один из величайших сдвигов в технологиях и производстве, которые когда-либо происходили в отрасли. В этой статье мы рассмотрим, какие технологии и изобретения использует Relativity Space для достижения этой цели.

Кто такой Тим Эллис?

Чтобы лучше понять Тима Эллиса, нам нужно оглянуться назад. В молодости Тим осознал свою способность к гиперфокусировке и многозадачности благодаря своей одержимости Lego, настолько, что у Тима до сих пор постоянно согнут большой палец на правой руке из-за огромного количества времени и усилий, потраченных на сборку Lego.

Эллис начал с Университет Южной Калифорнии, где он планировал получить диплом сценариста и учиться в рамках программы Thematic Option Университета Южной Калифорнии. Однако во время ориентации на первом курсе он переключил свою специальность на аэрокосмическую технику. Эллис и другой соучредитель и технический директор Relativity, Джордан НунОба занимали руководящие должности в Лаборатории ракетных двигателей Университета Южной Калифорнии. Во время работы в Лаборатории ракетного движения Эллис и Нун помогли запустить в космос первую ракету, спроектированную и построенную студентами. Во время учебы в Университете Южной Калифорнии Эллис прошел 3 стажировки в Blue Origin и получил степень бакалавра и магистра наук.

После выпуска Эллис продолжал работать полный рабочий день в Blue Origin в течение 5 лет, уделяя особое внимание 3D напечатано ракетные технологии. Позже он работал инженером-разработчиком двигателей RCS для пилотируемых капсул. Позже ему будет приписано то, что он довел 3D-печать до синего происхождения. 

Истоки

В то время как Эллис и Нун потратили свое время на разработку технологий аддитивного производства, специально предназначенных для поддержки ракетных двигателей, они осознали серьезность влияния этих технологий на космическую отрасль и решили использовать более амбициозный подход к производству ракет. 

Эллис и Нун запустили Relativity Space Industries в 2015 году. Первоначально они стремились собрать 500,000 XNUMX долларов начального капитала, но, не имея реального опыта в сборе средств для стартапа, Эллис пошел на риск и решил написать холодное электронное письмо Марку Кьюбану, очевидно, его электронное письмо будет достаточно убедительным, чтобы убедить Марка инвестировать полные 500,000 XNUMX долларов. От идеи, набросанной на салфетке Starbucks, до получения финансирования прошло более недели. Эллис и Нун начали дикую поездку, которая позже стала единственной в своем роде историей успеха. 

Эллис и Нун, изо всех сил пытавшиеся не отставать от темпов роста, позже признавали, что финансирование от Марка пришло так быстро, что им фактически некуда было депонировать средства. Имея средства и стремясь решить любую поставленную задачу, они приступили к монументальной задаче по созданию полностью напечатанных на 3D-принтере ракет. На сегодняшний день Relativity Space успешно привлекла 2.3 миллиарда долларов за 4 раунда.

Добавка производство 

Относительное пространство теперь столкнулось с монументальной задачей по созданию полностью напечатанных на 3D-принтере ракет, чтобы улучшить производство ракетных кораблей, снизить стоимость и повысить простоту конструкции. Эллис понимал, что 3D-принтеры были ответом на это из-за их способности упрощать и создавать вещи быстрее и дешевле, чем предыдущие методы инструментов, и, в качестве бонуса, эта новая технология была более экологичной и энергоэффективной.

Время до тестирования сократилось в некоторых случаях в 10 раз. например, ракетам предыдущих поколений потребовалось бы более 10 лет, чтобы перейти от теории к жизнеспособному продукту, а Relativity Space может производить прототипы менее чем за 60 дней. Но это было не так просто, как купить металлический 3D-принтер и начать производство. Relativity Space пришлось производить свои собственные 3D-принтеры и даже разрабатывать собственные сплавы, полученные от собственного специалиста по металлу их команды. Эти подвиги сами по себе огромны, не говоря уже об оставшихся сложностях, которые существуют при проектировании ракет. 

Аддитивное производство должно было решить почти все существующие проблемы космической отрасли с производственными линиями, оно устраняет необходимость в специальных инструментах, ускоряет время от идеи до жизнеспособного продукта и позволяет пространству относительности тестировать и производить значительно больше итераций за более короткий период. чем любой другой производитель ракет. Когда вы говорите об отрасли, которая имеет дело с миллионами, а часто даже миллиардами ценных грузов, эти технологии необходимо опробовать, проверить и проверить. Несмотря на эти препятствия, компания получила самое большое количество предварительных заказов среди всех космических компаний частного сектора в истории Америки, поддерживая идею 3D-печати и доказывая, что инвесторы готовы к технологическим достижениям в космической отрасли, которые предвидели Эллис и Нун. . 

Объем космической отрасли

Давней проблемой космических путешествий была доступность, этот высокий порог не позволял меньшим странам запускать космические программы. Также предполагалось, что космические путешествия никогда не будут жизнеспособными в частном секторе, пока SpaceX и Blue Origin не докажут обратное. Relativity Space — это новичок, который меняет эту отрасль, чтобы удовлетворить потребности стран по всему миру. Поскольку наш спрос на спутники и запуски ракет увеличивается, спрос на космические путешествия растет в геометрической прогрессии. В настоящее время космическая отрасль оценивается в 350 миллиардов долларов. по данным Morgan Stanley, ожидается рост до $1.1 трлн. к году 2040. 

Почти 50% космической отрасли приходится на запуски спутников, признавая это, частный сектор выбрал более утилитарную манеру, более подходящую для размещения спутников на низкой орбите. Это выгодно во многих отношениях: потребность в космических грузах растет, и нам нужны решения, наиболее подходящие для перевозки больших количеств грузов на дальние расстояния к чужим планетам. Если мы собираемся терраформировать планету, подобную Марсу, нам потребуется производить и творить на планете, мы не можем рассчитывать на доставку груза по мере необходимости на планету на расстоянии месяца. 

Relativity Space с Terran 1 и Terran R в значительной степени сосредоточены на потребностях в распределении грузов. Terran 1 (85% напечатано в 3D) будет иметь полезную нагрузку 2700 фунтов, она будет в значительной степени посвящена технологиям сбора информации на борту, поскольку они тестируют и готовятся к запуску Terran R в 2024 году, Terran R (95% напечатано в 3D), как ожидается, будет иметь полезную нагрузку 44,000 фунтов. Tarran 1 лучше подходит для миссий на низкой орбите, а Terran R имеет цель полететь на Марс в 2024 году. 

Пространство относительности

Relativity Space превратилась в компанию, поддерживающую оценка 4.2 миллиарда долларов и обеспечить более 1.3 миллиона квадратных футов производственных площадей за удивительно короткий период. Компания была получил несколько патентов окружающие его технологии 3D-печати и даже некоторые из его сплавов. Компания может сделать это отчасти благодаря собственному производству, в то время как другие производители ракет полагаются на цепочки поставок и сторонних производителей. Relativity Space делает все это самостоятельно на одном из своих четырех складов, разбросанных по всей территории Соединенных Штатов. Им удалось не только внедрить все необходимые технологии, но и стать четвертой компанией в истории мыса Канаверал чтобы иметь специальную стартовую площадку, у них также есть база на базе ВВС Ванденберг. 

Собственные технологии Relativity Space позволили им производить недавно разработанные 3D-принтеры, использующие дуговой плазменный разряд и лазерную сварку алюминиевых сплавов со скоростью 10 дюймов в секунду сварочной проволоки, разработанной полностью внутри компании. Это позволило им лучше настроить конечный продукт в соответствии со своими конкретными потребностями с невиданной ранее скоростью. Машинное обучение оптимизирует более плавная конструкция, во многих случаях производящая детали, которые в противном случае было бы практически невозможно изготовить.

Эллису и его команде пришлось решить несколько непредвиденных технических проблем, таких как деформация металла. В этом случае команда пришла к выводу, что лучшим подходом было бы узнать точные характеристики деформации, присущие каждому сплаву, и использовать алгоритмы машинного обучения для лучшей настройки своих программ в соответствии с конкретным сплавом, используемым в процессе. Это позволило им рассчитать и соответствующим образом скорректировать, чтобы интегрировать деформацию детали в измерения при ее создании. Эллис утверждает, что по длине ракеты этот алгоритм привел к допуску в пределах 2 тысячных дюйма. Это еще один пример того, как машинное обучение может принести пользу производству. 

Упрощение поднимается в списке приоритетов

В предыдущих поколениях ракетных исследований избыточность была обязательной для каждого отдельного решения, принятого НАСА. На случай потенциального отказа каждая часть должна иметь как минимум одну резервную часть. Это мышление можно увидеть в инженерных и производственных решениях на протяжении нескольких итераций ракет НАСА. Но где мы находимся, когда цель состоит в том, чтобы уменьшить количество деталей и упростить производство ракет? Как это повлияет на избыточность?

В случае с Relative Space упрощение ракеты выгодно для избыточности. Сокращение количества деталей напрямую связано с простотой обслуживания и возможностью замены или ремонта деталей по требованию. Благодаря достижениям в области 3D-печати и уменьшению требований к размеру высококачественных принтеров теперь стало возможным иметь 3D-принтеры на борту самолетов в пилотируемых полетах и ​​потенциально размещать их на колонизированных планетах.

Это можно увидеть во всех ракетах Terran 1 и Terran T, от их инжекторных сопел, изготовленных из одной отдельной детали, до систем охлаждения расширительных камер, впечатанных непосредственно в нагретые поверхности. Эти упрощения привели к созданию более надежных и экономичных деталей, которые можно изготовить практически в любом месте, где они подходят для принтера. Это также позволит сократить время обслуживания и простоя из-за отсутствия практических требований по разборке и повторной сборке детали.