Är Relativity Space omdefinierar rymdindustrin?

Under de senaste 62 åren har den amerikanska rymdindustrin utvecklat och ingenjörsmässigt tagit sig ut i rymden i en takt som är snabbare än vad människor någonsin kunde ha föreställt sig, från vår egen måne till avlägsna solsystem och bortom. Men vad om jag berättade för dig att denna industri är på väg att uppleva en paradigmförändring i teknologi. Företag som Relativity Space och SpaceX är i framkant av en av de största förändringarna i teknologi och tillverkning som industrin någonsin kan uppleva. I den här artikeln kommer vi att utforska vilka teknologier och framsteg Relativity Space använder för att erövra 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 på att bygga Lego.

Ellis började på 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 års orientering, bytte han sitt huvudämne till flyg- och 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 raketerna in i rymden. Medan han gick på USC hade Ellis 3 praktikplatser på Blue Origin och erhöll 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 tjänstgjorde 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 tyngden av denna teknologis påverkan på rymdindustrin och beslutade att följa en mer ambitiös tillvägagångssätt för raketproduktion.

Ellis och Noone skulle gå vidare för att 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 start-up, beslutade Ellis att skicka ett kallt e-postmeddelande till Mark Cuban, uppenbarligen var hans e-postmeddelande tillräckligt övertygande för att övertyga Mark att investera hela 500 000 dollar. Över en vecka från idén skissad på en Starbucks-anteckning till att säkra finansiering. Ellis och Noone skulle 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 alla uppgifter, började de det monumentala uppdraget 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 uppdraget att skapa fullständigt 3D-utskrivna raketer för att bättre främja produktionen av raketfarkoster, minska kostnaderna och öka designens enkelhet. Ellis förstod att 3D-skrivare var svaret på detta på grund av deras förmåga att förenkla och skapa saker snabbare och billigare än tidigare verktygsmetoder, och som en bonus var denna nya tekniken grönare och mer energisnål.

Tiden till testning reducerades i vissa fall med 10 gånger. Till exempel skulle tidigare generationer av raketutforskning ta 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 tvungen att tillverka sina egna 3D-skrivare och till och med utveckla in-house sina egna legeringar som härrör från deras teams egna metallspecialist. Dessa bedrifter är enorma på egen hand, för att inte tala om de kvarstående komplikationerna som finns när man designar raketer.

Additiv tillverkning stod för att lösa nästan alla befintliga rymdindustrins problem med produktionslinjer, det eliminerar behovet av specialverktyg, påskyndar tiden från idé till fungerande produkt och tillåter Relativity Space att testa och producera avsevärt fler iterationer under en kortare period än någon annan raketproducent. När du pratar om en industri som hanterar miljoner och ofta miljarder i värdefull last, måste dessa teknologier vara testade, sanna och testade. Trots dessa hinder har företaget fått den största mängden förbeställningar av något privat sektor rymdföretag i amerikansk historia, vilket stärker idén om 3D-utskrifter och bevisar att investerare är redo för de teknologiska framstegen i rymdindustrin som Ellis och Noone föreställt sig.

Relativity Space 4g printer.

Rymdindustrins volym

Det långvariga problemet med rymdresor har varit prisvärdhet, denna höga tröskel har förhindrat mindre nationer från att lansera rymdprogram. Det antogs också att rymdresor aldrig skulle vara livskraftiga i den privata sektorn tills det bevisades fel av SpaceX och Blue Origin. Relativity Space är en nykomling som stör denna industri för att möta världens nations behov. När vår efterfrågan på satelliter och raketuppskjutningar ökar, ökar efterfrågan på rymdresor exponentiellt. För närvarande värderas rymdindustrin till 350 miljarder dollar och enligt Morgan Stanley förväntas den växa till 1,1 biljoner dollar fram till 2040.

Nästan 50% av rymdindustrin är satellituppskjutningar, och med tanke på detta har den privata sektorn styrt sig mot en mer utilitaristisk metod 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 terraformera en planet som Mars, behöver vi ha möjlighet 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, detta 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 låga omloppsuppdrag, med Terran R som har målet att flyga till Mars 2024.

Relativity Space

Relativity Space har vuxit till ett företag som stödjer en 4,2 miljarder dollar värdering och säkrat över 1,3 miljoner kvadratfot av tillverkningsutrymme på en anmärkningsvärt kort tid. Företaget har beviljats flera patent omkring sin 3D-utskriftsteknologi och till och med några av dess legeringar. Företaget kan göra detta till en del på grund av den fullständiga in-house-tillverkningen, där andra raketproducenter förlitar sig på leverantörskedjor och externa tillverkare. Relativity Space gör allt detta på egen hand på 1 av sina 4 lager som är spridda över USA. Inte nog med att de har lyckats ta in alla nödvändiga teknologier in-house, utan de har också lyckats bli det fjärde företaget i Cape Canaverals historia att ha en dedikerad uppskjutningsplats, de har också en bas på Vandenberg Air Force Base.

Relativity Spaces egna teknologier har möjliggjort för dem att tillverka nydesignade 3D-skrivare som använder plasmaarkurladdning och lasersvetsning med aluminiumlegeringar i en hastighet av 10 tum per sekund av svetsningstråd som är fullständigt utformad in-house. Detta har möjliggjort för dem att bättre anpassa slutprodukten för att möta deras specifika behov på tidigare osedda hastigheter. Maskinlärande optimerar en mer flytande design, i många fall producerar delar som annars skulle vara nästan omöjliga att tillverka.

Ellis och hans team var tvungna att lösa flera oförutsedda tekniska utmaningar, såsom metallkrökning. I detta fall drog teamet slutsatsen att den bästa strategin var att lära sig de exakta specifikationerna för krökning som är inneboende i varje legering och använda maskinlärande algoritmer för att bättre anpassa sina program för att möta den specifika legering som användes för processen. Detta möjliggjorde för dem att beräkna och anpassa enligt för att integrera krökningen av delen i mätningarna 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 maskinlärande kan komma att gynna tillverkning.

Förenkling av raketerna stiger upp på prioritetslistan

I tidigare generationer av rymdutforskning var redundans obligatorisk för varje enskild beslut som togs av NASA. I händelse av ett potentiellt misslyckande krävdes varje del minst en reservdel. Detta sätt att tänka kan ses i ingenjörs- och tillverkningsbesluten under de flera iterationerna av NASAs raketer. Men var står vi när målet är att minska antalet delar och förenkla tillverkningen av raketer? Hur kommer detta att påverka redundans?

I Relativity Spaces fall är förenklingen av raketerna fördelaktig för redundans. Minskningen av antalet delar korrelerar direkt med underhållets enkelhet och förmågan att ändra eller reparera delar på begäran. Med framstegen 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 T-raketer, från deras insprutningsmunstycken som produceras från 1 enskild del till expansionskamrarnas kylsystem som skrivs ut direkt in i de uppvärmda ytor. Dessa förenklingar har resulterat i mer tillförlitliga och kostnadseffektiva delar som kan rimligen tillverkas nästan var som helst de kan hantera att få in skrivaren. Detta kommer också att möjliggöra minskat underhåll och nedtid på grund av bristen på manuell hantering för att demontera och återmontera delen.