Är Relativity Space omdefinierar rymdindustrin?

Under de senaste 62 åren har den amerikanska rymdindustrin utvecklat och konstruerat sin väg ut i rymden i en takt som är snabbare än vad människor någonsin kunde ha tänkt sig, från att nå vår egen måne till avlägsna solsystem och bortom. Men vad om jag sa att denna industri är på väg att uppleva en paradigmförändring i teknologi. Företag som Relativity Space och SpaceX (SPCX ) ligger i framkant av en av de största teknologiska och tillverkningsmässiga förändringarna som branschen någonsin kommer att uppleva. I den här artikeln kommer vi att undersöka vilka teknologier och framsteg Relativity Space använder för att uppnå detta mål.

Vem är Tim Ellis?

För att bättre förstå Tim Ellis måste vi titta längre tillbaka. Som ung man insåg Tim sin förmåga att hyperfokusera och multitaska genom sin besatthet av Lego, så mycket att Tim fortfarande har en permanent böjd tumme på sin högra hand från den extrema mängden tid och ansträngning som lagts ner på att bygga Lego.

Ellis började vid University of Southern California, där han planerade att ta examen som manusförfattare och studera som en del av USC:s Thematic Option-program. Men under sin första terminsorientering bytte han sin huvudämne till rymdingenjörsvetenskap. Ellis och Relativitys andra medgrundare och CTO, Jordan Noone, hade båda ledande positioner vid USC:s Rocket Propulsion Lab. Under deras tid i Rocket Propulsion Lab hjälpte Ellis och Noone till att skjuta upp den första studentdesignade och byggda raketens rymden. Medan han studerade vid USC hade han 3 praktikplatser på Blue Origin och avlade både en kandidatexamen och en masterexamen.

Efter examen fortsatte Ellis att arbeta heltid på Blue Origin i 5 år, med stark fokus på 3D-utskriven raketteknologi. Senare arbetade han som utvecklingsingenjör för besättningskapselns RCS-truster. Han skulle senare få cred för att ha tagit in 3D-utskrifter i Blue Origin.

Ursprunget

Medan Ellis och Noone tillbringade sin tid med att utveckla additiv tillverkningsteknologi specifikt utformad för att hjälpa till med raketdrift, insåg de vikten av denna teknologis påverkan på rymdindustrin och beslutade att följa en mer ambitiös strategi för raketkonstruktion.

Ellis och Noone skulle gå vidare och lansera Relativity Space Industries 2015. Initialt sökte de 500 000 dollar i startkapital, men utan någon verklig erfarenhet av att samla in pengar till ett startup, gick Ellis ut på en limb och beslutade att skicka ett kallt e-postmeddelande till Mark Cuban, tydligen var hans e-postmeddelande tillräckligt övertygande för att övertyga Mark att investera de fulla 500 000 dollar. Från idén skissad på en Starbucks (SBUX ) -anteckningsblock till att säkra finansiering, skulle Ellis och Noone börja den vilda resan som senare skulle bli en unik framgångshistoria.

Ellis och Noone, som kämpade för att hålla jämna steg med tillväxttakten, skulle senare erkänna att finansieringen från Mark kom så snabbt att de faktiskt inte hade någonstans att sätta in pengarna. Med pengarna på plats och ambitionen att erövra vilket uppdrag som helst, började de det monumentala arbetet med att skapa fullständigt 3D-utskrivna raketer. Hittills har Relativity Space framgångsrikt samlat in 2,3 miljarder dollar genom 4 omgångar.

Additiv tillverkning

Relativity Space stod nu inför det monumentala arbetet att skapa fullständigt 3D-utskrivna raketer för att förbättra produktionen av raketfarkoster, minska kostnaderna och öka enkelheten i designen. Ellis förstod att 3D-skrivare var svaret på detta på grund av deras förmåga att förenkla och skapa saker snabbare och billigare än tidigare tillverkningsmetoder, och som en bonus var denna nya teknologi grönare och mer energisnål.

Tiden till testning minskades i vissa fall med 10 gånger. Till exempel tog tidigare generationer av raketer upp till 10 år att gå från teori till en fungerande produkt, och Relativity Space kan producera prototyper på mindre än 60 dagar. Men det var inte så enkelt som att köpa en metall-3D-skrivare och börja producera, Relativity Space var tvunget att tillverka sina egna 3D-skrivare och till och med utveckla sina egna legeringar i samarbete med deras egna metallspecialister. Dessa prestationer är enorma i sig själva, för att inte tala om de återstående komplicerade problem som finns när man designar raketer.

Additiv tillverkning kunde lösa nästan alla befintliga problem i rymdindustrin med produktionslinjer, det eliminerar behovet av specialverktyg, förkortar tiden från idé till fungerande produkt och tillåter Relativity Space att testa och producera avsevärt fler iterationer under en kortare period än någon annan raketkonstruktör. När man pratar om en bransch som hanterar miljoner och ofta till och med miljarder i värdefull last, behöver dessa teknologier testas, beprövas och testas.

Relativity Space 4g-skrivare.

Rymdindustrins volym

Det långvariga problemet med rymdfart har varit kostnaden, denna höga tröskel har förhindrat mindre nationer från att starta rymdprogram. Det antogs också att rymdfart aldrig skulle vara livskraftig i den privata sektorn tills det bevisades fel av SpaceX och Blue Origin. Relativity Space är en nykomling som förändrar denna industri för att möta behoven hos nationer runt om i världen. När vår efterfrågan på satelliter och raketuppskjutningar ökar, ökar efterfrågan på rymdfart exponentiellt. För närvarande värderas rymdindustrin till 350 miljarder dollar och enligt Morgan Stanley förväntas den växa till 1,1 biljoner dollar (MS ) fram till 2040.

Nästan 50% av rymdindustrin är satellituppskjutningar, och med tanke på detta har den privata sektorn styrt sig mot en mer utilitaristisk approach som är bättre lämpad för distributionen av satelliter i låg omloppsbana. Detta är fördelaktigt på mer än ett sätt, behovet av last i rymden ökar och vi behöver lösningar som är bäst lämpade för att transportera stora mängder över långa avstånd till främmande planeter. Om vi ska terraforma en planet som Mars, behöver vi ha förmågan att tillverka och skapa på planeten, vi kan inte förvänta oss att transportera last som behövs till en planet som är månader bort.

Relativity Space, med Terran 1 och Terran R, fokuserar kraftigt på lastdistributionens behov. Terran 1 (85% 3D-utskriven) kommer att ha en last på 2700 pund, vilket kommer att vara starkt dedikerat till informationsinsamlingsteknologier ombord, medan de testar och förbereder sig för att lansera Terran R 2024, Terran R (95% 3D-utskriven) förväntas ha en last på 44 000 pund. Terran 1 är bättre lämpad för lågbanemissioner, medan Terran R har målet att flyga till Mars 2024.

Relativity Space

Relativity Space har vuxit till ett företag med en värdering på 4,2 miljarder dollar och säkrat över 1,3 miljoner kvadratfot av tillverkningsutrymme på en anmärkningsvärt kort tid. Företaget har beviljats flera patent som omger deras 3D-utskriftsteknologier och till och med vissa av deras legeringar. Företaget kan göra detta till en del tack vare den fullständiga tillverkningen inom huset, där andra raketkonstruktörer förlitar sig på leverantörskedjor och externa tillverkare. Relativity Space gör allt detta på egen hand på 1 av deras 4 lager som är spridda över hela USA.

Relativity Spaces proprietära teknologier har möjliggjort att de kan tillverka nydesignade 3D-skrivare som använder plasma-bågsurladdning och lasersvetsning med aluminiumlegeringar i en hastighet av 10 tum per sekund av svetsningstråd, som är fullständigt utformad inom huset. Detta har möjliggjort att de kan bättre anpassa slutprodukten till att möta deras specifika behov i en tidigare aldrig skådad hastighet.

Ellis och hans team var tvungna att lösa flera oförutsedda tekniska utmaningar, såsom metallvridning. I det här fallet drog teamet slutsatsen att den bästa strategin var att lära sig de exakta specifikationerna för vridning som är inneboende i varje legering och använda maskinlärningsalgoritmer för att bättre anpassa sina program till den specifika legering som används för processen. Detta möjliggjorde att de kunde beräkna och anpassa sig till att integrera vridningen av delen i måtten när de skapade den. Ellis påstår att över längden av raketens längd har denna algoritm lett till en tolerans inom 2 tusendelar av en tum. Detta är ännu ett exempel på hur maskinlärning kan gynna tillverkning.

Förenkling av raketerna stiger på prioritetslistan

I tidigare generationer av raketutforskning var redundans obligatorisk för varje enskild beslut som togs av NASA. I händelse av ett potentiellt misslyckande krävdes varje del minst en reservdel. Detta synsätt kan ses i ingenjörskonst och tillverkningsbeslut genom flera iterationer av NASA-raketer. Men var står vi när målet är att minska antalet delar och förenkla tillverkningen av raketer? Hur kommer detta att påverka redundans?

I fallet med Relativity Space är förenklingen av raketens design fördelaktig för redundans. Minskningen av antalet delar korrelerar direkt med underhållslättheten och förmågan att byta ut eller reparera delar på begäran. Med framsteg inom 3D-utskrifter och den minskade storlekskraven för högkvalitativa skrivare, är det nu möjligt att ha 3D-skrivare ombord på flygplan under bemannade flygningar och potentiellt stationerade på koloniserade planeter.

Detta kan ses genom hela Terran 1 och Terran R-raketer, från deras injektionsmunstycken som tillverkats från en enda del till expansionskamrornas kylsystem som skrivs ut direkt på de uppvärmda ytor. Dessa förenklingar har resulterat i mer tillförlitliga och kostnadseffektiva delar som kan tillverkas nästan var som helst de kan få plats med skrivaren. Detta kommer också att möjliggöra minskat underhåll och nedtid på grund av bristen på manuell hantering för att demontera och montera om delen.