Pretvára vesmír relativity vesmírny priemysel?

Počas posledných 62 rokov americký vesmírny priemysel skonštruoval a rozvinul svoju cestu do vesmíru rýchlosťou rýchlejšou, než si ľudia kedy dokázali predstaviť, pričom siahal po našom vlastnom mesiaci až do vzdialených slnečných sústav a ďalej. Ale čo keby som vám povedal, že toto odvetvie čoskoro zažije zmenu paradigmy v technológiách. Spoločnosti ako Relativity Space a SpaceX vedú jeden z najväčších posunov v technológii a výrobe, aký kedy môže toto odvetvie zažiť. V tomto článku preskúmame, aké technológie a objavy využíva priestor relativity na dosiahnutie tohto cieľa.

Kto je Tim Ellis?

Aby sme Timovi Ellisovi lepšie porozumeli, musíme sa pozrieť viac dozadu. Tim ako mladý muž spoznal svoju schopnosť hyper-sústredenia a multitaskingu vďaka svojej posadnutosti Legom, a to natoľko, že Tim má stále permanentne ohnutý palec na pravej ruke od extrémneho množstva času a úsilia stráveného stavaním Lega.

Ellis začal o University of Southern California, kde plánoval vyštudovať scenáristu a študovať v rámci programu USC's Thematic Option. Počas svojej prváckej orientácie však zmenil svoj odbor na letecké inžinierstvo. Ďalší spoluzakladateľ spoločnosti Ellis and Relativity a CTO, Jordan Noone, obaja zastávali vedúce pozície v Rocket Propulsion Lab spoločnosti USC. Počas svojho pôsobenia v Rocket Propulsion Lab pomohli Ellis a Noone vypustiť do vesmíru prvú raketu navrhnutú a postavenú študentom. Počas navštevovania USC Ellis absolvoval 3 stáže s Blue Origin a získal titul bakalár vied aj magisterský titul.

Po ukončení štúdia Ellis pokračoval v práci na plný úväzok s Blue Origin počas 5 rokov, pričom sa intenzívne sústredil na 3D tlačené raketové technológie. Neskôr slúžil ako inžinier vývoja pohonu na kapsulových motoroch RCS. Neskôr bol uznaný za to, že priviedol 3D tlač in-house do modrého pôvodu. 

Počiatky

Zatiaľ čo Ellis a Noone strávili čas vývojom aditívnych výrobných technológií špeciálne navrhnutých na pomoc pri raketovom pohone, uvedomili si závažnosť vplyvu týchto technológií na vesmírny priemysel a rozhodli sa pre ambicióznejší prístup k výrobe rakiet. 

Ellis a Noone by pokračovali v spustení Relativity Space Industries v roku 2015. Spočiatku sa snažili získať počiatočné peniaze vo výške 500,000 XNUMX dolárov, ale bez skutočných skúseností so získavaním finančných prostriedkov pre začínajúci podnik, Ellis odišiel do úzadia. sa rozhodol poslať e-mail Markovi Cubanovi, očividne by bol jeho e-mail dostatočne presvedčivý na to, aby presvedčil Marka, aby investoval celých 500,000 XNUMX dolárov. Viac ako týždeň od nápadu načrtnutého na obrúsku Starbucks až po zabezpečenie financovania. Ellis a Noone začali divokú jazdu, z ktorej sa neskôr stal jediný príbeh úspechu. 

Ellis a Noone, ktorí sa snažili držať krok s tempom rastu, neskôr uznali, že finančné prostriedky od Marka prišli tak rýchlo, že ich vlastne nemali kam uložiť. S finančnými prostriedkami a ambíciou zdolať akúkoľvek danú úlohu začali s monumentálnou úlohou vytvoriť plne 3D vytlačené rakety. K dnešnému dňu spoločnosť Relativity Space úspešne vyzbierala 2.3 miliardy dolárov počas 4 kôl.

Výroba aditív 

Priestor relativity bol teraz konfrontovaný s monumentálnou úlohou vytvoriť plne 3D tlačené rakety, aby sa zlepšila výroba raketových lodí, znížili sa náklady a zvýšila sa jednoduchosť dizajnu. Ellis pochopil, že odpoveďou na to sú 3D tlačiarne vďaka svojej schopnosti zjednodušovať a vytvárať veci rýchlejšie a lacnejšie ako predchádzajúce metódy nástrojov a ako bonus bola táto nová technológia ekologickejšia a energeticky efektívnejšia.

Čas do testovania sa v niektorých prípadoch skrátil 10x. napríklad predchádzajúcim generáciám rakiet by prechod od teórie k životaschopnému produktu trvalo viac ako 10 rokov a Relativity Space dokáže vyrobiť prototypy za menej ako 60 dní. Nebolo to však také jednoduché, ako nákup kovovej 3D tlačiarne a začatie výroby, spoločnosť Relativity Space si musela vyrobiť vlastné 3D tlačiarne a dokonca si interne skonštruovať svoje vlastné zliatiny odvodené od vlastného špecialistu na kovy ich tímu. Tieto výkony sú obrovské samy o sebe, nehovoriac o zostávajúcich komplikáciách, ktoré existujú pri navrhovaní rakiet. 

Aditívna výroba dokázala vyriešiť takmer všetky existujúce problémy vesmírneho priemyslu s výrobnými linkami, eliminuje potrebu špeciálnych nástrojov, zrýchľuje čas od nápadu k životaschopnému produktu a umožňuje priestoru Relativity testovať a produkovať podstatne viac iterácií v kratšom čase. než ktorýkoľvek iný výrobca rakiet. Keď hovoríte o priemysle, ktorý obchoduje s miliónovými a často dokonca miliardovými nákladmi, tieto technológie je potrebné vyskúšať, overiť a otestovať. Napriek týmto prekážkam spoločnosť získala najväčší počet predobjednávok zo všetkých súkromných vesmírnych spoločností v americkej histórii, čím podporila myšlienku 3D tlače a dokázala, že investori sú pripravení na technologický pokrok vo vesmírnom priemysle, ktorý si Ellis a Noone predstavovali. . 

Objem vesmírneho priemyslu

Dlhodobým problémom cestovania do vesmíru bola cenová dostupnosť, táto vysoká hranica zabránila menším národom spustiť vesmírne programy. Predpokladalo sa tiež, že cestovanie do vesmíru nebude v súkromnom sektore nikdy životaschopné, kým SpaceX a Blue Origin nepreukážu, že je to nesprávne. Relativity Space je novinkou, ktorá narúša toto odvetvie, aby vyhovovalo potrebám národov na celom svete. Keďže náš dopyt po satelitoch a štartoch rakiet zvyšuje, dopyt po vesmírnych cestách exponenciálne rastie. V súčasnosti má vesmírny priemysel hodnotu 350 miliárd dolárov podľa Morgan Stanley sa očakáva nárast na 1.1 bilióna dolárov do roku 2040. 

Takmer 50 % kozmického priemyslu tvoria štarty satelitov, čo uznáva, že súkromný sektor sa nasmeroval utilitárnejším spôsobom, ktorý je vhodnejší na distribúciu satelitov na nízkej obežnej dráhe. Je to prospešné vo viacerých smeroch, potreba nákladu vo vesmíre rastie a potrebujeme riešenia, ktoré sú najvhodnejšie na prepravu veľkých množstiev na veľké vzdialenosti na cudzie planéty Ak máme terraformovať planétu ako Mars, budeme potrebovať schopnosť na výrobu a tvorbu na planéte nemôžeme očakávať, že budeme posielať náklad podľa potreby na planétu vzdialenú mesiac. 

Relativity Space s Terranom 1 a Terranom R sa výrazne zameriava na potreby distribúcie nákladu. Terran 1 (85 % 3D tlačený) bude mať užitočné zaťaženie 2700 2024 libier, bude sa intenzívne venovať technológiám na zhromažďovanie informácií na palube pri testovaní a príprave na spustenie Terran R v roku 95, očakáva sa, že Terran R (3 % 44,000D tlačený) bude majú užitočné zaťaženie 1 2024 libier. Tarran XNUMX je vhodnejší pre misie na nízkej obežnej dráhe, pričom Terran R má za cieľ letieť na Mars v roku XNUMX. 

Priestor relativity

Priestor relativity sa rozrástol na spoločnosť podporujúcu a Ocenenie 4.2 miliardy dolárov a zabezpečenie viac ako 1.3 milióna štvorcových stôp výrobného priestoru v pozoruhodne krátkom období. Spoločnosť bola udelil niekoľko patentov obklopujúce jeho technológie 3D tlače a dokonca aj niektoré jeho zliatiny. Spoločnosť tak môže urobiť čiastočne vďaka úplnej vlastnej výrobe, kde sa ostatní výrobcovia rakiet spoliehajú na dodávateľské reťazce a externých výrobcov. Relativity Space to všetko robí sám v 1 zo svojich 4 skladov rozmiestnených po celých Spojených štátoch. Nielenže sa im podarilo priniesť všetky potrebné technológie do domu, ale aj to sa stala štvrtou spoločnosťou v histórii mysu Canaveral aby mali vyhradenú štartovaciu rampu, majú aj základňu na leteckej základni Vandenberg. 

Vlastné technológie spoločnosti Relativity Space im umožnili vyrábať novo navrhnuté 3D tlačiarne využívajúce plazmový oblúkový výboj a laserové zváranie s hliníkovými zliatinami rýchlosťou 10 ″ za sekundu zváracieho drôtu navrhnutého plne interne. To im umožnilo lepšie vyladiť konečný produkt tak, aby vyhovoval ich špecifickým potrebám, a to rýchlosťou, ktorá ešte nikdy nebola. Strojové učenie sa optimalizuje plynulejší dizajn, ktorý v mnohých prípadoch produkuje diely, ktoré by inak bolo takmer nemožné vyrobiť.

Ellis a jeho tím museli vyriešiť niekoľko nepredvídaných technických problémov, ako je deformácia kovu. V tomto prípade tím dospel k záveru, že najlepším prístupom je naučiť sa presné špecifikácie deformácie, ktoré sú vlastné každej zliatine, a využiť algoritmy strojového učenia na lepšie prispôsobenie svojich programov tak, aby vyhovovali konkrétnej zliatine používanej v procese. To im umožnilo vypočítať a zodpovedajúcim spôsobom upraviť, aby pri vytváraní dielu integrovali deformáciu dielu do meraní. Ellis uvádza, že po celej dĺžke rakety tento algoritmus viedol k tolerancii v rozmedzí 2 tisícin palca. Toto je ďalší príklad toho, ako strojové učenie prospieva výrobe. 

Zjednodušenie raketovo napreduje v zozname priorít

V predchádzajúcich generáciách raketového prieskumu bola redundancia povinná pre každé jedno rozhodnutie NASA. V prípade možnej poruchy musí mať každý diel minimálne jeden záložný diel. Toto myslenie je možné vidieť v inžinierskych a výrobných rozhodnutiach počas niekoľkých iterácií rakiet NASA. Ale kde sme, keď je cieľom zmenšiť diely a zjednodušiť výrobu rakiet? Ako to ovplyvní nadbytočnosť?

V prípade Relative Space je zjednodušenie rakety prospešné pre redundanciu. Zníženie počtu dielov priamo súvisí s jednoduchosťou údržby a možnosťou výmeny alebo opravy dielov na požiadanie. S pokrokom v 3D tlači a zníženými požiadavkami na veľkosť vysokokvalitných tlačiarní je teraz možné mať 3D tlačiarne na palube lietadiel pri pilotovaných letoch a potenciálne byť umiestnené na kolonizovaných planétach.

Vidno to na raketách Terran 1 a Terran T, od ich vstrekovacích dýz vyrobených z 1 samostatného dielu až po chladiace systémy expanzných komôr vytlačené priamo do vyhrievaných povrchov. Výsledkom týchto prílišných zjednodušení sú spoľahlivejšie a nákladovo efektívnejšie diely, ktoré je možné vyrobiť prakticky kdekoľvek, kde sa zmestí do tlačiarne. To tiež umožní znížiť údržbu a prestoje v dôsledku nedostatku praktických požiadaviek na demontáž a opätovné zloženie dielu.