Космічна теорія відносності змінює космічну галузь?

Протягом останніх 62 років американська космічна промисловість спроектувала та освоїла свій шлях у відкритий космос швидше, ніж люди могли собі уявити, досягнувши нашого власного Місяця аж до далеких сонячних систем і далі. Але що, якби я сказав вам, що ця галузь ось-ось переживе зміну парадигми технологій. Такі компанії, як Relativity Space і SpaceX, очолюють один із найбільших зрушень у технологіях і виробництві, який може коли-небудь зазнати галузь. У цій статті ми дослідимо, які технології та розробки Relativity Space використовує для досягнення цієї мети.

Хто такий Тім Елліс?

Щоб краще зрозуміти Тіма Елліса, ми повинні зазирнути в минуле. У молодості Тім визнав свою здатність до гіперконцентрації та багатозадачності завдяки своїй одержимості Lego, настільки, що Тім досі має постійно зігнутий великий палець на правій руці через надзвичайну кількість часу та зусиль, витрачених на створення Lego.

Елліс почав у Університет Південної Каліфорнії, де він планував отримати диплом сценариста та вчитися в рамках програми USC Thematic Option. Однак під час навчання на першому курсі він змінив свою спеціальність на аерокосмічну інженерію. Інший співзасновник і технічний директор Ellis and Relativity, Джордан Нікого, обидва обіймали керівні посади в Лабораторії ракетних двигунів USC. Під час роботи в Лабораторії ракетного двигуна Елліс і Нун допомогли запустити в космос першу ракету, розроблену та побудовану студентами. Під час навчання в USC Елліс пройшов 3 стажування в Blue Origin і отримав ступінь бакалавра наук і магістра наук.

Після закінчення навчання Елліс продовжував працювати повний робочий день у Blue Origin протягом 5 років, приділяючи значну увагу 3D надруковані ракетні технології. Пізніше він працював інженером з розробки рушійної установки на рушіях RCS екіпажу капсули. Пізніше йому приписуватимуть запровадження внутрішнього 3D-друку в blue origin. 

Витоки

У той час як Елліс і Нун витратили свій час на розробку технологій адитивного виробництва, спеціально розроблених для сприяння розвитку ракетного руху, вони усвідомили серйозність впливу цих технологій на космічну галузь і вирішили застосувати більш амбітний підхід до ракетобудування. 

У 2015 році Елліс і Ноун запустили компанію Relativity Space Industries. Спочатку вони прагнули зібрати 500,000 XNUMX доларів початкового капіталу, але, не маючи реального досвіду залучення коштів для стартапу, Елліс вийшов з ладу і вирішив надіслати лист Марку Кьюбану, очевидно, його електронний лист буде достатньо переконливим, щоб переконати Марка інвестувати всі 500,000 XNUMX доларів. Понад тиждень від ідеї, намальованої на серветці Starbucks, до отримання фінансування. Елліс і Нун почали дику подорож, яка згодом стала унікальною історією успіху. 

Пізніше Елліс і Нун, намагаючись не відставати від темпів зростання, визнали, що фінансування від Марка надійшло настільки швидко, що їм фактично було нікуди внести кошти. Маючи кошти на місці та амбіції впоратися з будь-яким завданням, вони почали монументальне завдання зі створення повністю надрукованих на 3D-принтері ракет. На сьогоднішній день Relativity Space успішно зібрав 2.3 мільярда доларів протягом 4 раундів.

Виробництво добавок 

Зараз перед простором відносності постало монументальне завдання створити повністю 3D-друковані ракети, щоб покращити виробництво ракетних кораблів, знизити вартість і збільшити простоту конструкції. Елліс розумів, що 3D-принтери є відповіддю на це завдяки їхній здатності спрощувати та створювати речі швидше та дешевше, ніж попередні методи інструментів, і, як бонус, ця нова технологія була екологічнішою та енергоефективнішою.

Час до тестування в деяких випадках скорочувався в 10 разів. наприклад, ракетам попередніх поколінь потрібно було більше 10 років, щоб перейти від теорії до життєздатного продукту, а Relativity Space може виготовити прототипи менш ніж за 60 днів. Але це було не так просто, як придбати металевий 3D-принтер і розпочати виробництво. Relativity Space довелося виготовляти власні 3D-принтери та навіть розробляти власні сплави, отримані від власних спеціалістів з металу. Ці подвиги є величезними самі по собі, не кажучи вже про інші ускладнення, які існують під час проектування ракет. 

Адитивне виробництво мало вирішити майже всі існуючі проблеми космічної промисловості з виробничими лініями, воно усуває потребу в спеціальному інструменті, прискорює час від ідеї до життєздатного продукту та дозволяє Relativity space тестувати та виробляти значно більше ітерацій за коротший період. ніж будь-який інший виробник ракет. Коли ви говорите про галузь, яка має справу з мільйонами, а часто навіть мільярдами цінних вантажів, ці технології потрібно випробувати й перевірити. Незважаючи на ці перешкоди, компанія отримала найбільшу кількість попередніх замовлень серед будь-якої космічної компанії приватного сектору в історії Америки, підтримуючи ідею 3D-друку та доводячи, що інвестори готові до технологічного прогресу в космічній галузі, який передбачали Елліс і Нун. . 

Обсяг космічної галузі

Давньою проблемою космічних подорожей була доступність, цей високий поріг не дозволяв меншим країнам запускати космічні програми. Також передбачалося, що космічні подорожі ніколи не будуть життєздатними в приватному секторі, доки SpaceX і Blue Origin не доведуть свою помилку. Relativity Space — новачок, який руйнує цю галузь, щоб задовольнити потреби країн у всьому світі. Оскільки наш попит на супутники та запуски ракет зростає, попит на космічні подорожі зростає експоненціально. Зараз космічна галузь оцінюється в 350 мільярдів доларів за даними Morgan Stanley, очікується, що зросте до 1.1 трильйона доларів до року 2040. 

Майже 50% космічної галузі займається запуском супутників, усвідомлюючи це, приватний сектор керував собою більш утилітарним способом, який краще підходить для розповсюдження супутників на низькій орбіті. Це вигідно з кількох причин: потреба у вантажі в космосі зростає, і нам потрібні рішення, які найкраще підходять для перевезення великих обсягів на великі відстані до чужих планет. Якщо ми хочемо тераформувати планету, як Марс, нам знадобиться здатність щоб виробляти та створювати на планеті, ми не можемо розраховувати на доставку вантажу за потреби на планету через місяць. 

Relativity Space із Terran 1 і Terran R приділяє значну увагу потребам розподілу вантажів. Terran 1 (85 % 3D-друк) матиме корисне навантаження 2700 фунтів, це буде значною мірою присвячено технологіям збору інформації на борту, оскільки вони випробовують і готуються до запуску Terran R у 2024 році. Очікується, що Terran R (95 % 3D-друк) мають корисне навантаження 44,000 1 фунтів. Tarran 2024 краще підходить для місій на низькій орбіті, а Terran R має на меті полетіти на Марс у XNUMX році. 

Простір відносності

Простір відносності перетворився на компанію, яка підтримує a Оцінка 4.2 мільярда доларів і забезпечення понад 1.3 мільйона квадратних футів виробничих площ за надзвичайно короткий період. Компанія була видано декілька патентів навколо його технологій 3D-друку та навіть деяких його сплавів. Компанія може зробити це частково завдяки повному внутрішньому виробництву, де інші виробники ракет покладаються на ланцюги поставок і зовнішніх виробників. Relativity Space робить це самостійно на 1 із 4 своїх складів, розкиданих по Сполучених Штатах. Їм вдалося не тільки запровадити всі необхідні технології вдома, але й це вдалося стала четвертою компанією в історії мису Канаверал Щоб мати спеціальний стартовий майданчик, вони також мають базу на базі ВПС Ванденберг. 

Власні технології Relativity Space дозволили їм виготовляти нові 3D-принтери з використанням плазмового дугового розряду та лазерного зварювання алюмінієвих сплавів зі швидкістю 10 дюймів на секунду зварювальним дротом, повністю розробленим власним виробництвом. Це дозволило їм краще налаштувати кінцевий продукт відповідно до їхніх конкретних потреб із небаченою раніше швидкістю. Машинне навчання оптимізує більш плавний дизайн, у багатьох випадках виробляючи деталі, які інакше було б майже неможливо виготовити.

Еллісу та його команді довелося вирішити кілька непередбачених технічних проблем, таких як деформація металу. У цьому випадку команда прийшла до висновку, що найкращим підходом є вивчення точних характеристик викривлення, властивого кожному сплаву, і використання алгоритмів машинного навчання для кращого налаштування своїх програм відповідно до конкретного сплаву, який використовується для процесу. Це дозволило їм обчислити та налаштувати відповідним чином, щоб інтегрувати деформацію деталі в вимірювання під час її створення. Елліс стверджує, що для довжини ракети цей алгоритм дав допуск у межах 2 тисячних дюйма. Це ще один приклад того, як машинне навчання може принести користь виробництву. 

Спрощення стрімко зростає в списку пріоритетів

У попередніх поколіннях ракетних досліджень резервування було обов’язковим для кожного рішення, прийнятого НАСА. У разі потенційної несправності кожна частина повинна мати принаймні одну резервну частину. Це мислення можна побачити в інженерних і виробничих рішеннях протягом кількох ітерацій ракет NASA. Але де ми стоїмо, коли метою є скорочення деталей і спрощення виробництва ракет? Як це вплине на резервування?

У випадку Relative Space спрощення ракети є вигідним для резервування. Зменшення кількості деталей безпосередньо залежить від простоти обслуговування та можливості заміни або ремонту деталей за потребою. Завдяки вдосконаленню 3D-друку та зменшенню вимог до розмірів високоякісних принтерів тепер можливо мати 3D-принтери на борту літаків у пілотованих польотах і потенційно розміщувати їх на колонізованих планетах.

Це можна побачити на всіх ракетах Terran 1 і Terran T, починаючи з їхніх інжекторних сопел, виготовлених з 1 окремої частини, і закінчуючи системами охолодження камер розширення, які друкуються безпосередньо на нагрітих поверхнях. Ці надмірні спрощення призвели до більш надійних і рентабельних деталей, які реально можна виготовити практично скрізь, де вони зможуть підійти до принтера. Це також дозволить скоротити технічне обслуговування та простої через відсутність практичних вимог для розбирання та повторного складання деталі.