Ali prostor relativnosti preoblikuje vesoljsko industrijo?

V zadnjih 62 letih je ameriška vesoljska industrija načrtovala in razvijala svojo pot v vesolje s hitrostjo, ki je hitrejša, kot bi si ljudje sploh lahko predstavljali, in dosegla našo lastno luno vse do oddaljenih sončnih sistemov in še dlje. Toda kaj, če vam povem, da bo ta industrija doživela spremembo paradigme v tehnologijah. Podjetja, kot sta Relativity Space in SpaceX, vodijo enega največjih premikov v tehnologiji in proizvodnji, kar jih je lahko kdaj doživela industrija. V tem članku bomo raziskali, katere tehnologije in novosti Relativity Space uporablja za dosego tega cilja.

Kdo je Tim Ellis?

Da bi bolje razumeli Tima Ellisa, se moramo ozreti dlje nazaj. Kot mladenič je Tim prepoznal svojo sposobnost hiperosredotočenosti in večopravilnosti zaradi svoje obsedenosti z Lego kockami, tako da ima Tim še vedno trajno upognjen palec na desni roki zaradi izjemne količine časa in truda, ki ga je porabil za izdelavo Lego kock.

Ellis je začel pri University of Southern California, kjer je nameraval diplomirati kot scenarist in študirati v okviru programa USC Thematic Option. Vendar je med prvošolsko usmeritvijo svojo smer zamenjal za letalsko in vesoljsko tehniko. Ellis and Relativity drugi soustanovitelj in tehnični direktor, Jordan Nihče, oba sta imela vodilni položaj v laboratoriju za raketni pogon USC. Ellis in Noone sta v času svojega dela v laboratoriju za raketni pogon pomagala v vesolje izstreliti prvo raketo, ki so jo oblikovali in izdelali študenti. Med obiskovanjem USC je Ellis opravil 3 prakse pri Blue Origin in pridobil diplomo in magisterij znanosti.

Po diplomi je Ellis nadaljeval s polnim delovnim časom pri Blue Origin 5 let, pri čemer se je močno osredotočal na 3D natisnjeno raketne tehnologije. Kasneje je delal kot inženir za razvoj pogonov na potisnih RCS kapsulah za posadko. Kasneje so mu pripisali zasluge za prenos lastnega 3D-tiskanja v blue origin. 

Izvor

Medtem ko sta Ellis in Noone porabila svoj čas za razvoj aditivnih proizvodnih tehnologij, posebej zasnovanih za pomoč pri raketnem pogonu, sta prepoznala težo vpliva teh tehnologij na vesoljsko industrijo in se odločila za bolj ambiciozen pristop k proizvodnji raket. 

Ellis in Noone sta leta 2015 ustanovila Relativity Space Industries. Sprva sta želela zbrati 500,000 $ začetnega denarja, a ker nista imela resničnih izkušenj pri zbiranju sredstev za start-up, je Ellis šel na noge in se je odločil poslati hladno e-pošto Marku Cubanu, bi bilo očitno njegovo elektronsko sporočilo dovolj prepričljivo, da bi Marka prepričalo, da vloži vseh 500,000 $. Več kot teden dni od ideje, skicirane na prtičku Starbucks, do zagotavljanja financiranja. Ellis in Noone sta začela divjo vožnjo, ki je kasneje postala edinstvena zgodba o uspehu. 

Ellis in Noone, ki sta se trudila slediti stopnji rasti, bosta kasneje priznala, da je financiranje od Marka prišlo tako hitro, da dejansko nista imela kam položiti sredstev. Z razpoložljivimi sredstvi in ​​ambicijo, da bi opravili vsako dano nalogo, so se lotili monumentalne naloge ustvarjanja popolnoma 3D-natisnjenih raket. Do danes je Relativity Space v 2.3 krogih uspešno zbral 4 milijarde dolarjev.

Proizvodnja aditivov 

Relativnostni prostor se je zdaj soočil z monumentalno nalogo ustvariti popolnoma 3D natisnjene rakete, da bi bolje pospešili proizvodnjo raketnih ladij, znižali stroške in povečali preprostost zasnove. Ellis je razumel, da so 3D-tiskalniki odgovor na to zaradi njihove zmožnosti poenostavljanja in ustvarjanja stvari hitreje in cenejše od prejšnjih orodnih metod, kot bonus pa je bila ta nova tehnologija bolj zelena in energetsko učinkovitejša.

Čas do testiranja se je v nekaterih primerih skrajšal za 10x. na primer, prejšnje generacije raket bi potrebovale več kot 10 let, da preidejo od teorije do izvedljivega izdelka, Relativity Space pa lahko izdela prototipe v manj kot 60 dneh. Vendar ni bilo tako preprosto kot nakup kovinskega 3D-tiskalnika in začetek proizvodnje, Relativity Space je moral izdelati lastne 3D-tiskalnike in celo lastno inženirstvo izdelati lastne zlitine, pridobljene iz lastnega strokovnjaka za kovine njihove ekipe. Ti podvigi so sami po sebi ogromni, kaj šele preostali zapleti, ki obstajajo pri načrtovanju raket. 

Dodatna proizvodnja je rešila skoraj vse obstoječe težave vesoljske industrije s proizvodnimi linijami, odpravlja potrebo po posebnem orodju, pospešuje čas od ideje do izvedljivega izdelka in omogoča podjetju Relativity space testiranje in proizvodnjo bistveno več ponovitev v krajšem obdobju. kot kateri koli drug proizvajalec raket. Ko govorite o industriji, ki se ukvarja z milijoni in pogosto celo milijardami dragocenega tovora, je treba te tehnologije preizkusiti, resnično in preizkusiti. Kljub tem oviram je podjetje prejelo največje število prednaročil med vsemi zasebnimi vesoljskimi podjetji v ameriški zgodovini, s čimer je podprlo zamisel o 3D-tisku in dokazalo, da so vlagatelji pripravljeni na tehnološki napredek v vesoljski industriji, ki sta si ga zamislila Ellis in Noone. . 

Obseg vesoljske industrije

Dolgotrajna težava vesoljskih potovanj je bila cenovna dostopnost, ta visok prag je manjšim državam preprečil zagon vesoljskih programov. Predpostavljalo se je tudi, da vesoljska potovanja v zasebnem sektorju nikoli ne bodo izvedljiva, dokler se SpaceX in Blue Origin ne dokažeta. Relativity Space je novinec, ki moti to industrijo, da bi zadovoljil potrebe držav po vsem svetu. Ker naše povpraševanje po satelitih in izstrelitvah raket narašča, povpraševanje po vesoljskih potovanjih narašča eksponentno. Trenutno je vesoljska industrija ocenjena na 350 milijard dolarjev in po podatkih Morgan Stanley naj bi zrasel na 1.1 bilijona dolarjev do leta 2040. 

Skoraj 50 % vesoljske industrije predstavljajo izstrelitve satelitov, pri čemer se je zasebni sektor zavedal tega, da se je usmeril na bolj utilitaren način, ki je bolj primeren za distribucijo satelitov v nizki orbiti. To je koristno na več kot en način, potreba po tovoru v vesolju narašča in potrebujemo rešitve, ki so najbolj primerne za prevoz velikih količin na velike razdalje do tujih planetov. Če želimo teraformirati planet, kot je Mars, bomo morali imeti sposobnost za proizvodnjo in ustvarjanje na planetu, ne moremo pričakovati, da bomo tovor pošiljali po potrebi na planet mesec dni stran. 

Relativity Space se s Terranom 1 in Terranom R močno osredotoča na potrebe distribucije tovora. Terran 1 (85 % 3D natisnjen) bo imel nosilnost 2700 lbs, to bo v veliki meri namenjeno tehnologijam za zbiranje informacij na krovu, ko testirajo in se pripravljajo na izstrelitev Terran R leta 2024, Terran R (95 % 3D natisnjen) pa naj bi imajo nosilnost 44,000 lbs. Tarran 1 je bolj primeren za misije v nizki orbiti, Terran R pa ima cilj poleteti na Mars leta 2024. 

Prostor relativnosti

Relativity space je prerasel v podjetje, ki krepi a Ocena 4.2 milijarde dolarjev in zagotavljanje več kot 1.3 milijona kvadratnih čevljev proizvodnega prostora v izjemno kratkem času. Podjetje je bilo podelil več patentov okoli njegovih tehnologij 3D tiskanja in celo nekaterih njegovih zlitin. Podjetje to lahko deloma stori zaradi popolne lastne proizvodnje, kjer se drugi proizvajalci raket zanašajo na dobavne verige in zunanje proizvajalce. Relativity Space vse to počne sam v 1 od svojih 4 skladišč, razporejenih po Združenih državah. Ne le, da jim je uspelo pripeljati vse potrebne tehnologije v hišo, uspelo jim je tudi postalo četrto podjetje v zgodovini Cape Canaveral da imajo namensko izstrelitveno ploščad, imajo tudi bazo v letalski bazi Vandenberg. 

Lastniške tehnologije Relativity Space so jim omogočile izdelavo na novo oblikovanih 3D tiskalnikov, ki uporabljajo plazemsko razelektritev in lasersko varjenje z aluminijevimi zlitinami s hitrostjo 10″ na sekundo varilne žice, ki je bila v celoti zasnovana v podjetju. To jim je omogočilo, da bolje prilagodijo končni izdelek, da bo ustrezal njihovim specifičnim potrebam, pri hitrostih, ki jih prej niso videli. Strojno učenje optimizira bolj tekoč dizajn, ki v mnogih primerih proizvaja dele, ki bi jih drugače skoraj nemogoče izdelati.

Ellis in njegova ekipa so morali rešiti več nepredvidenih tehničnih izzivov, kot je deformacija kovine. V tem primeru je skupina ugotovila, da je najboljši pristop, da se naučijo natančnih specifikacij upogibanja, ki je značilno za vsako zlitino, in uporabijo algoritme strojnega učenja za boljšo prilagoditev svojih programov, da ustrezajo določeni zlitini, ki se uporablja za postopek. To jim je omogočilo, da izračunajo in ustrezno prilagodijo, da vključijo ukrivljenost dela v meritve pri njegovem ustvarjanju. Ellis navaja, da je ta algoritem v dolžini rakete vodil do tolerance znotraj 2 tisočink palca. To je še en primer, kako lahko strojno učenje koristi proizvodnji. 

Poenostavitev, ki skokovito narašča na seznamu prednostnih nalog

V prejšnjih generacijah raketnega raziskovanja je bila redundanca obvezna za vsako posamezno odločitev NASA. V primeru morebitne okvare mora vsak del imeti vsaj en rezervni del. To razmišljanje je mogoče opaziti v inženirskih in proizvodnih odločitvah v več iteracijah Nasinih raket. Toda kje smo, ko je cilj zmanjšati število delov in poenostaviti proizvodnjo raket? Kako bo to vplivalo na odpuščanje?

V primeru Relative Space je poenostavitev rakete koristna za odvečnost. Zmanjšanje števila delov je neposredno povezano z enostavnostjo vzdrževanja in možnostjo menjave ali popravila delov na zahtevo. Z napredkom v 3D-tiskanju in zmanjšanimi zahtevami po velikosti za visokokakovostne tiskalnike je zdaj mogoče imeti 3D-tiskalnike na letalih v letih s posadko in potencialno nameščene na koloniziranih planetih.

To lahko opazimo pri vseh raketah Terran 1 in Terran T, od njihovih vbrizgalnih šob, izdelanih iz 1 posameznega dela, do hladilnih sistemov ekspanzijskih komor, ki so vtisnjene neposredno v segrete površine. Te pretirane poenostavitve so privedle do zanesljivejših in stroškovno učinkovitejših delov, ki jih je mogoče izvedljivo izdelati skoraj povsod, kjer se lahko prilegajo tiskalniku. To bo tudi omogočilo krajše vzdrževanje in čas nedelovanja zaradi pomanjkanja praktičnih zahtev za razstavljanje in ponovno sestavljanje dela.