อวกาศสัมพัทธภาพกำลังสร้างอุตสาหกรรมอวกาศใหม่หรือไม่?

ในช่วง 62 ปีที่ผ่านมา อุตสาหกรรมอวกาศของอเมริกาได้ออกแบบและพัฒนาเส้นทางสู่อวกาศด้วยอัตราที่เร็วกว่าที่มนุษย์จะจินตนาการได้ เข้าถึงดวงจันทร์ของเราเอง ไปจนถึงระบบสุริยะที่ห่างไกลและไกลออกไป แต่ถ้าฉันบอกคุณว่าอุตสาหกรรมนี้กำลังจะมีการเปลี่ยนแปลงกระบวนทัศน์ในด้านเทคโนโลยี บริษัทต่างๆ เช่น Relativity Space และ SpaceX กำลังเป็นผู้นำในการเปลี่ยนแปลงทางเทคโนโลยีและการผลิตที่ยิ่งใหญ่ที่สุดครั้งหนึ่งที่อุตสาหกรรมอาจเคยประสบ ในบทความนี้ เราจะสำรวจว่าเทคโนโลยีและการกำเนิดขึ้นของอวกาศสัมพัทธภาพกำลังใช้เพื่อพิชิตเป้าหมายนี้

ทิม เอลลิสคือใคร?

เพื่อให้เข้าใจ Tim Ellis ได้ดีขึ้น เราต้องมองย้อนกลับไป ในฐานะที่เป็นชายหนุ่ม Tim รับรู้ถึงความสามารถของเขาในการโฟกัสแบบไฮเปอร์โฟกัสและการทำงานหลายอย่างพร้อมกันผ่านความหลงใหลในเลโก้ของเขา มากจน Tim ยังคงมีนิ้วโป้งที่งออย่างถาวรบนมือขวาจากเวลาและความพยายามในการสร้างเลโก้

เอลลิสเริ่มต้นที่ มหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนียภาคใต้ซึ่งเขาวางแผนที่จะสำเร็จการศึกษาในฐานะนักเขียนบทภาพยนตร์และศึกษาเป็นส่วนหนึ่งของโครงการ Thematic Option ของ USC อย่างไรก็ตาม ในระหว่างการปฐมนิเทศน้องใหม่ เขาได้เปลี่ยนวิชาเอกเป็นวิศวกรรมการบินและอวกาศ ผู้ร่วมก่อตั้งและ CTO อีกคนของ Ellis และ Relativity จอร์แดน นูเน่ทั้งคู่ดำรงตำแหน่งผู้นำที่ Rocket Propulsion Lab ของ USC ในช่วงเวลาที่พวกเขาอยู่ใน Rocket Propulsion Lab นั้น Ellis และ Noone ได้ช่วยกันส่งจรวดที่ออกแบบและสร้างโดยนักเรียนขึ้นสู่อวกาศ ขณะเข้าเรียนที่ USC Ellis ได้ฝึกงานกับ Blue Origin 3 ครั้ง และได้รับทั้งวิทยาศาสตรบัณฑิตและวิทยาศาสตรมหาบัณฑิต

หลังจากสำเร็จการศึกษา Ellis ยังคงทำงานเต็มเวลากับ Blue Origin เป็นเวลา 5 ปี โดยเน้นหนักไปที่ พิมพ์ 3D เทคโนโลยีจรวด ต่อมาเขาทำหน้าที่เป็นวิศวกรพัฒนาระบบขับเคลื่อนของ RCS thrusters แบบแคปซูลสำหรับลูกเรือ ในเวลาต่อมาเขาได้รับเครดิตจากการนำการพิมพ์ 3 มิติภายในบริษัทไปสู่แหล่งกำเนิดสีน้ำเงิน 

ต้นกำเนิด

ในขณะที่ Ellis และ Noone ใช้เวลาในการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุที่ออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อช่วยในการขับเคลื่อนจรวด พวกเขารับรู้ถึงแรงโน้มถ่วงของเทคโนโลยีนี้ที่ส่งผลกระทบต่ออุตสาหกรรมอวกาศ และตัดสินใจที่จะดำเนินการตามแนวทางที่ทะเยอทะยานมากขึ้นในการผลิตจรวด 

Ellis และ Noone จะเปิดตัว Relativity Space Industries ในปี 2015 เริ่มแรกพวกเขาพยายามระดมทุน 500,000 ดอลลาร์ด้วยเงินเริ่มต้น แต่เนื่องจากไม่มีประสบการณ์จริงในการระดมทุนสำหรับธุรกิจสตาร์ทอัพ เอลลิสจึงล้มเลิกความตั้งใจและ ตัดสินใจส่งอีเมลถึง Mark Cubanเห็นได้ชัดว่าอีเมลของเขาน่าสนใจพอที่จะโน้มน้าวให้ Mark ลงทุนเต็มจำนวน 500,000 ดอลลาร์ กว่าหนึ่งสัปดาห์จากไอเดียที่วาดบนผ้าเช็ดปากของ Starbucks ไปจนถึงการจัดหาเงินทุน เอลลิสและโนเน่จะเริ่มต้นการเดินทางที่ดุเดือดซึ่งต่อมาจะกลายเป็นเรื่องราวความสำเร็จเรื่องหนึ่ง 

Ellis และ Noone ตะเกียกตะกายเพื่อให้ทันกับอัตราการเติบโตในภายหลังจะยอมรับว่าเงินทุนจาก Mark มาอย่างรวดเร็วจนพวกเขาไม่มีที่จะฝากเงิน ด้วยเงินทุนที่มีอยู่และความทะเยอทะยานที่จะพิชิตภารกิจที่กำหนด พวกเขาจึงเริ่มภารกิจอันยิ่งใหญ่ในการสร้างจรวดจากการพิมพ์ 3 มิติเต็มรูปแบบ จนถึงปัจจุบัน Relativity Space ระดมทุนได้ 2.3 พันล้านดอลลาร์ตลอด 4 รอบได้สำเร็จ

การผลิตสารเติมแต่ง 

อวกาศสัมพัทธภาพกำลังเผชิญกับภารกิจที่ยิ่งใหญ่ในการสร้างจรวดพิมพ์ 3 มิติทั้งหมดเพื่อพัฒนาการผลิตจรวด ลดต้นทุน และเพิ่มความเรียบง่ายของการออกแบบ Ellis เข้าใจว่าเครื่องพิมพ์ 3 มิติคือคำตอบสำหรับสิ่งนี้เนื่องจากความสามารถในการลดความซับซ้อนและสร้างสิ่งต่าง ๆ ได้เร็วขึ้นและถูกกว่าวิธีการใช้เครื่องมือแบบเก่า และที่เป็นโบนัสคือ เทคโนโลยีใหม่นี้เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและประหยัดพลังงานมากกว่า

เวลาในการทดสอบลดลง 10 เท่าในบางกรณี ตัวอย่างเช่น จรวดรุ่นก่อนๆ จะใช้เวลามากกว่า 10 ปีในการเปลี่ยนจากทฤษฎีไปสู่ผลิตภัณฑ์ที่ใช้งานได้ และอวกาศสัมพัทธภาพสามารถสร้างต้นแบบได้ในเวลาน้อยกว่า 60 วัน แต่มันไม่ง่ายเหมือนการซื้อเครื่องพิมพ์โลหะ 3 มิติและเริ่มการผลิต Relativity Space ต้องผลิตเครื่องพิมพ์ 3 มิติของตนเองและแม้แต่วิศวกรในบริษัทเองที่ใช้โลหะผสมที่ได้มาจากผู้เชี่ยวชาญด้านโลหะในทีมของพวกเขาเอง ความสามารถเหล่านี้มีขนาดใหญ่มากในตัวเอง นับประสากับความซับซ้อนที่เหลืออยู่เมื่อออกแบบจรวด 

การผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุช่วยแก้ปัญหาเกือบทั้งหมดของอุตสาหกรรมอวกาศที่มีอยู่ด้วยสายการผลิต ช่วยลดความจำเป็นในการใช้เครื่องมือพิเศษ เร่งเวลาจากแนวคิดไปสู่ผลิตภัณฑ์ที่ใช้งานได้ และช่วยให้พื้นที่สัมพัทธภาพสามารถทดสอบและสร้างการทำซ้ำได้มากขึ้นอย่างมากในระยะเวลาอันสั้น มากกว่าผู้ผลิตจรวดรายอื่น เมื่อคุณกำลังพูดถึงอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับการขนส่งสินค้ามูลค่านับล้านและบ่อยครั้งแม้แต่พันล้านในการขนส่งสินค้าอันมีค่า เทคโนโลยีเหล่านี้จำเป็นต้องได้รับการทดลอง จริง และทดสอบ แม้จะมีอุปสรรคเหล่านี้ แต่บริษัทก็ได้รับคำสั่งซื้อล่วงหน้าเป็นจำนวนมากที่สุดในบรรดาบริษัทเอกชนด้านอวกาศในประวัติศาสตร์อเมริกา ซึ่งสนับสนุนแนวคิดของการพิมพ์ 3 มิติและพิสูจน์ให้เห็นว่านักลงทุนพร้อมสำหรับความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในอุตสาหกรรมอวกาศที่ Ellis และ Noone จินตนาการไว้ . 

ปริมาณอุตสาหกรรมอวกาศ

ปัญหาที่มีมาอย่างยาวนานเกี่ยวกับการเดินทางในอวกาศคือความสามารถในการจ่าย เกณฑ์ที่สูงนี้ได้ป้องกันไม่ให้ประเทศเล็กๆ เปิดตัวโครงการอวกาศ นอกจากนี้ยังสันนิษฐานว่าการเดินทางในอวกาศจะไม่สามารถทำได้ในภาคเอกชนจนกว่า SpaceX และ Blue Origin จะพิสูจน์ได้ว่าผิด อวกาศสัมพัทธภาพคือผู้มาใหม่ที่พลิกโฉมอุตสาหกรรมนี้เพื่อตอบสนองความต้องการของประเทศต่างๆ ทั่วโลก เมื่อความต้องการดาวเทียมและการปล่อยจรวดของเราเพิ่มขึ้น ความต้องการสำหรับการเดินทางในอวกาศก็เพิ่มขึ้นอย่างทวีคูณ ปัจจุบัน อุตสาหกรรมอวกาศมีมูลค่า 350 พันล้านดอลลาร์ และ ตามที่ Morgan Stanley คาดว่าจะเติบโตเป็น 1.1 ล้านล้านดอลลาร์ ภายในปี 2040 

เกือบ 50% ของอุตสาหกรรมอวกาศคือการปล่อยดาวเทียม โดยตระหนักดีว่าภาคเอกชนได้ดำเนินการในลักษณะที่เป็นประโยชน์มากขึ้น ซึ่งเหมาะสมกับการกระจายดาวเทียมในวงโคจรต่ำ สิ่งนี้มีประโยชน์มากกว่าหนึ่งทาง ความต้องการขนส่งสินค้าในอวกาศกำลังเพิ่มขึ้น และเราต้องการโซลูชั่นที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการขนส่งสินค้าจำนวนมากในระยะทางไกลไปยังดาวเคราะห์ต่างดาว หากเราต้องการสร้างพื้นผิวโลกเช่นดาวอังคาร เราจะต้องมีความสามารถ ในการผลิตและสร้างสรรค์บนโลกใบนี้ เราไม่สามารถคาดหวังที่จะจัดส่งสินค้าได้ตามต้องการไปยังดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างออกไปหนึ่งเดือน 

อวกาศสัมพัทธภาพที่มี Terran 1 และ Terran R กำลังมุ่งเน้นไปที่ความต้องการในการกระจายสินค้า Terran 1 (พิมพ์ 85% 3 มิติ) จะมีน้ำหนักบรรทุก 2700 ปอนด์ ซึ่งจะทุ่มเทอย่างมากให้กับเทคโนโลยีการรวบรวมข้อมูลในขณะที่พวกเขาทดสอบและเตรียมเปิดตัว Terran R ในปี 2024 Terran R (พิมพ์ 95% 3d) คาดว่าจะ มีน้ำหนักบรรทุก 44,000 ปอนด์ Tarran 1 เหมาะกับภารกิจวงโคจรต่ำมากกว่า โดย Terran R มีเป้าหมายที่จะบินไปยังดาวอังคารในปี 2024 

พื้นที่สัมพัทธภาพ

พื้นที่สัมพัทธภาพได้เติบโตขึ้นเป็นบริษัทที่สนับสนุน มูลค่า 4.2 พันล้านดอลลาร์ และรักษาพื้นที่การผลิตกว่า 1.3 ล้านตารางฟุตในระยะเวลาอันสั้น บริษัทได้รับการ ได้รับสิทธิบัตรหลายฉบับ ล้อมรอบเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติและแม้แต่โลหะผสมบางส่วน บริษัทสามารถทำได้ส่วนหนึ่งเนื่องจากการผลิตภายในบริษัทอย่างเต็มรูปแบบ โดยที่ผู้ผลิตจรวดรายอื่นต้องพึ่งพาห่วงโซ่อุปทานและผู้ผลิตภายนอก อวกาศสัมพัทธภาพกำลังดำเนินการทั้งหมดนี้ด้วยตัวเองที่โกดัง 1 ใน 4 แห่งที่กระจายอยู่ทั่วสหรัฐอเมริกา ไม่เพียงแต่พวกเขาสามารถนำเทคโนโลยีที่จำเป็นทั้งหมดมาใช้ในบ้านที่พวกเขาจัดการได้ด้วย กลายเป็นบริษัทที่สี่ในประวัติศาสตร์ของ Cape Canaveral เพื่อให้มีฐานยิงจรวดโดยเฉพาะ พวกเขายังมีฐานทัพอากาศที่ฐานทัพอากาศแวนเดนเบิร์กด้วย 

เทคโนโลยีที่เป็นกรรมสิทธิ์ของ Relativity Space ช่วยให้พวกเขาสามารถผลิตเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่ออกแบบใหม่โดยใช้การปล่อยพลาสมาอาร์คและการเชื่อมด้วยเลเซอร์ด้วยโลหะผสมอลูมิเนียมในอัตรา 10″ ต่อวินาทีของลวดเชื่อมที่ออกแบบเองทั้งหมด สิ่งนี้ช่วยให้พวกเขาปรับแต่งผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายให้เหมาะกับความต้องการเฉพาะได้ดีขึ้นด้วยความเร็วที่ไม่เคยเห็นมาก่อน การเรียนรู้ของเครื่องเพิ่มประสิทธิภาพ การออกแบบที่ลื่นไหลมากขึ้น ในหลายกรณีการผลิตชิ้นส่วนที่แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะผลิต

เอลลิสและทีมของเขาต้องแก้ปัญหาทางเทคนิคที่คาดไม่ถึงหลายอย่าง เช่น การบิดเบี้ยวของโลหะ ในกรณีนี้ ทีมงานได้ข้อสรุปว่าแนวทางที่ดีที่สุดคือการเรียนรู้ข้อกำหนดเฉพาะของการแปรปรวนซึ่งมีอยู่ในโลหะผสมแต่ละชนิด และใช้อัลกอริธึมการเรียนรู้ของเครื่องเพื่อปรับโปรแกรมให้ดียิ่งขึ้นเพื่อให้เหมาะกับโลหะผสมเฉพาะที่ใช้สำหรับกระบวนการ สิ่งนี้ทำให้พวกเขาสามารถคำนวณและปรับเปลี่ยนตามนั้นเพื่อรวมการแปรปรวนของชิ้นส่วนเข้ากับการวัดเมื่อสร้างมันขึ้นมา เอลลิสระบุว่าตลอดความยาวของจรวด อัลกอริธึมนี้ได้นำไปสู่ความคลาดเคลื่อนภายใน 2 ในพันของหนึ่งนิ้ว นี่เป็นอีกตัวอย่างหนึ่งที่แสดงให้เห็นว่าแมชชีนเลิร์นนิงมีประโยชน์ต่อการผลิตอย่างไร 

การทำให้เข้าใจง่ายพุ่งขึ้นในรายการลำดับความสำคัญ

ในการสำรวจด้วยจรวดรุ่นก่อน ๆ ความซ้ำซ้อนเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับทุก ๆ การตัดสินใจของ NASA ในกรณีที่อาจเกิดความล้มเหลว แต่ละส่วนจะต้องมีส่วนสำรองอย่างน้อยหนึ่งส่วน ความคิดนี้สามารถเห็นได้ในการตัดสินใจด้านวิศวกรรมและการผลิตตลอดการทำซ้ำหลายครั้งของจรวด NASA แต่เราจะยืนอยู่จุดไหนเมื่อเป้าหมายคือการลดชิ้นส่วนและทำให้การผลิตจรวดง่ายขึ้น? สิ่งนี้จะส่งผลต่อความซ้ำซ้อนอย่างไร

ในกรณีของพื้นที่สัมพัทธ์ การทำให้จรวดง่ายขึ้นจะเป็นประโยชน์ต่อความซ้ำซ้อน การลดลงของจำนวนชิ้นส่วนสัมพันธ์โดยตรงกับความสะดวกในการบำรุงรักษาและความสามารถในการเปลี่ยนหรือซ่อมแซมชิ้นส่วนตามต้องการ ด้วยความก้าวหน้าในการพิมพ์ 3 มิติและข้อกำหนดด้านขนาดที่ลดลงสำหรับเครื่องพิมพ์คุณภาพสูง ทำให้ปัจจุบันมีความเป็นไปได้ที่จะมีเครื่องพิมพ์ 3 มิติบนเครื่องบินในเที่ยวบินที่มีพนักงานประจำ และอาจประจำการบนดาวเคราะห์ที่ตกเป็นอาณานิคม

สิ่งนี้สามารถเห็นได้ทั่วทั้งจรวด Terran 1 และ Terran T ตั้งแต่หัวฉีดที่ผลิตจากชิ้นส่วนเดี่ยว 1 ชิ้นไปจนถึงระบบระบายความร้อนของห้องขยายที่พิมพ์ลงบนพื้นผิวที่อุ่นโดยตรง ความซับซ้อนที่มากเกินไปเหล่านี้ส่งผลให้ชิ้นส่วนมีความน่าเชื่อถือและคุ้มค่ามากขึ้น ซึ่งสามารถทำได้ทุกที่ที่สามารถจัดการให้พอดีกับเครื่องพิมพ์ได้ นอกจากนี้ยังช่วยลดการบำรุงรักษาและการหยุดทำงานเนื่องจากไม่มีข้อกำหนดในการถอดประกอบและประกอบชิ้นส่วนใหม่