Không gian tương đối có đang định hình lại ngành công nghiệp vũ trụ?

Trong suốt 62 năm qua, ngành công nghiệp vũ trụ của Mỹ đã thiết kế và phát triển con đường ra ngoài vũ trụ với tốc độ nhanh hơn con người có thể tưởng tượng, vươn tới mặt trăng của chúng ta cho đến các hệ mặt trời xa xôi và hơn thế nữa. Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu tôi nói với bạn rằng ngành công nghiệp này sắp trải qua một sự thay đổi mô hình về công nghệ. Các công ty như Relativity Space và SpaceX đang dẫn đầu một trong những thay đổi lớn nhất về công nghệ và sản xuất mà ngành công nghiệp này từng trải qua. Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá những công nghệ và tiến bộ mà Không gian Tương đối đang sử dụng để chinh phục mục tiêu này.

Tim Ellis là ai?

Để hiểu rõ hơn về Tim Ellis, chúng ta phải nhìn lại quá khứ. Khi còn trẻ, Tim đã nhận ra khả năng tập trung cao độ và đa nhiệm của mình thông qua nỗi ám ảnh với Lego, đến nỗi Tim vẫn có một ngón tay cái bị cong vĩnh viễn trên bàn tay phải do đã dành rất nhiều thời gian và công sức để xây dựng Lego.

Ellis bắt đầu tại Đại học Nam California, nơi anh ấy dự định tốt nghiệp với tư cách là nhà biên kịch và học như một phần của chương trình Lựa chọn theo chủ đề của USC. Tuy nhiên, trong thời gian định hướng cho sinh viên năm nhất, anh ấy đã chuyển chuyên ngành của mình sang kỹ thuật hàng không vũ trụ. Người đồng sáng lập và CTO khác của Ellis và Relativity, Jordan Noone, cả hai đều giữ các vị trí lãnh đạo tại Phòng thí nghiệm Sức đẩy Tên lửa của USC. Trong thời gian làm việc tại Phòng thí nghiệm Sức đẩy Tên lửa, Ellis và Noone đã giúp phóng tên lửa đầu tiên do sinh viên thiết kế và chế tạo vào không gian. Trong thời gian theo học tại USC, Ellis đã có 3 kỳ thực tập với Blue Origin và nhận được cả bằng Cử nhân Khoa học và Thạc sĩ Khoa học.

Sau khi tốt nghiệp, Ellis tiếp tục làm việc toàn thời gian với Blue Origin trong 5 năm, tập trung nhiều vào In 3D công nghệ tên lửa. Sau đó, anh ấy phục vụ với tư cách là kỹ sư phát triển động cơ đẩy trên các máy đẩy RCS của phi hành đoàn. Sau đó, anh ấy được ghi nhận vì đã đưa công nghệ in 3D trong nhà lên màu xanh lam. 

Nguồn gốc

Trong khi Ellis và Noone dành thời gian phát triển các công nghệ sản xuất phụ gia được thiết kế đặc biệt để hỗ trợ lực đẩy tên lửa, họ đã nhận ra tác động nghiêm trọng của công nghệ này đối với ngành vũ trụ và quyết định theo đuổi một phương pháp sản xuất tên lửa đầy tham vọng hơn. 

Ellis và Noone sẽ tiếp tục thành lập Relativity Space Industries vào năm 2015. Ban đầu, họ tìm cách huy động 500,000 đô la tiền vốn ban đầu, nhưng không có kinh nghiệm thực sự trong việc huy động vốn cho một công ty mới thành lập, Ellis đã mạo hiểm và quyết định gửi email lạnh lùng cho Mark Cuban, rõ ràng email của anh ấy sẽ đủ hấp dẫn để thuyết phục Mark đầu tư toàn bộ 500,000 đô la. Hơn một tuần kể từ khi ý tưởng được phác thảo trên khăn ăn của Starbucks đến khi nhận được tiền tài trợ. Ellis và Noone sẽ bắt đầu chuyến đi hoang dã mà sau này trở thành một câu chuyện thành công có một không hai. 

Ellis và Noone cố gắng theo kịp tốc độ tăng trưởng sau đó thừa nhận rằng nguồn tài trợ từ Mark đến quá nhanh khiến họ thực sự không có nơi nào để gửi tiền. Với số tiền sẵn có và tham vọng chinh phục bất kỳ nhiệm vụ nào, họ bắt đầu nhiệm vụ to lớn là tạo ra tên lửa in 3D hoàn toàn. Đến nay, Relativity Space đã huy động thành công 2.3 tỷ đô la qua 4 vòng gọi vốn.

Sản xuất phụ gia 

Không gian tương đối giờ đây phải đối mặt với nhiệm vụ to lớn là tạo ra các tên lửa được in 3d hoàn toàn để thúc đẩy tốt hơn việc sản xuất tàu tên lửa, giảm chi phí và tăng tính đơn giản của thiết kế. Ellis hiểu rằng máy in 3D là câu trả lời cho vấn đề này do khả năng đơn giản hóa và tạo ra mọi thứ nhanh hơn và rẻ hơn so với các phương pháp công cụ trước đây, đồng thời, công nghệ mới này xanh hơn và tiết kiệm năng lượng hơn.

Trong một số trường hợp, thời gian thử nghiệm đã giảm xuống gấp 10 lần. ví dụ, các thế hệ tên lửa trước đây sẽ mất tới 10 năm để đi từ lý thuyết thành một sản phẩm khả thi và Không gian Tương đối có thể tạo ra các nguyên mẫu trong vòng chưa đầy 60 ngày. Nhưng nó không đơn giản như việc mua một máy in 3D kim loại và bắt đầu sản xuất, Relativity Space phải sản xuất máy in 3D của riêng họ và thậm chí tự chế tạo các hợp kim của riêng họ có nguồn gốc từ chuyên gia kim loại của chính nhóm của họ. Bản thân những kỳ tích này đã rất lớn, chưa nói đến những phức tạp còn tồn tại khi thiết kế tên lửa. 

Sản xuất bồi đắp có thể giải quyết gần như tất cả các vấn đề hiện có của ngành vũ trụ với các dây chuyền sản xuất, nó loại bỏ nhu cầu sử dụng công cụ đặc biệt, tăng tốc thời gian từ ý tưởng đến sản phẩm khả thi và cho phép không gian Thuyết tương đối thử nghiệm và tạo ra nhiều lần lặp hơn đáng kể trong thời gian ngắn hơn hơn bất kỳ nhà sản xuất tên lửa nào khác. Khi bạn đang nói về một ngành kinh doanh hàng triệu và thường thậm chí hàng tỷ đô la đối với hàng hóa có giá trị, những công nghệ này cần được thử nghiệm, xác thực và thử nghiệm. Bất chấp những trở ngại này, công ty đã nhận được số lượng đơn đặt hàng trước lớn nhất so với bất kỳ công ty vũ trụ tư nhân nào trong lịch sử Hoa Kỳ, thúc đẩy ý tưởng in 3D và chứng minh rằng các nhà đầu tư đã sẵn sàng đón nhận những tiến bộ công nghệ trong ngành vũ trụ mà Ellis và Noone đã hình dung. . 

Khối lượng công nghiệp vũ trụ

Vấn đề lâu nay với du hành vũ trụ là khả năng chi trả, ngưỡng cao này đã ngăn cản các quốc gia nhỏ hơn khởi động các chương trình không gian. Người ta cũng cho rằng du hành vũ trụ sẽ không bao giờ khả thi trong khu vực tư nhân cho đến khi được chứng minh là sai bởi SpaceX và Blue Origin. Thuyết Tương đối Không gian là một thành viên mới đang phá vỡ ngành công nghiệp này để đáp ứng nhu cầu của các quốc gia trên toàn thế giới. Khi nhu cầu phóng vệ tinh và phóng tên lửa của chúng ta tăng lên thì nhu cầu du hành vũ trụ cũng tăng theo cấp số nhân. Hiện tại, ngành công nghiệp vũ trụ được định giá 350 tỷ đô la và theo Morgan Stanley dự kiến ​​sẽ tăng lên 1.1 nghìn tỷ đô la theo năm 2040. 

Gần 50% ngành công nghiệp vũ trụ là phóng vệ tinh, nhận ra điều này, khu vực tư nhân đã hướng mình theo cách thực dụng hơn, phù hợp hơn với việc phân bổ vệ tinh ở quỹ đạo thấp. Điều này có lợi theo nhiều cách, nhu cầu vận chuyển hàng hóa trong không gian ngày càng tăng và chúng ta cần các giải pháp phù hợp nhất để vận chuyển số lượng lớn trên một khoảng cách dài đến các hành tinh xa lạ. để sản xuất và sáng tạo trên hành tinh này, chúng ta không thể mong đợi vận chuyển hàng hóa cần thiết đến một hành tinh trong vòng một tháng. 

Relativity Space, với Terran 1 và Terran R, đang tập trung nhiều vào nhu cầu phân phối hàng hóa. Terran 1 (85% được in 3d) sẽ có tải trọng 2700 lbs, điều này sẽ được dành riêng cho các công nghệ thu thập thông tin trên tàu khi họ thử nghiệm và chuẩn bị ra mắt Terran R vào năm 2024, Terran R (95% được in 3d) dự kiến ​​sẽ có trọng tải 44,000 lbs. Tarran 1 phù hợp hơn với các nhiệm vụ quỹ đạo thấp, với Terran R có mục tiêu bay lên sao hỏa vào năm 2024. 

không gian tương đối

Không gian tương đối đã phát triển thành một công ty củng cố một Định giá 4.2 tỷ đô la và đảm bảo hơn 1.3 triệu feet vuông không gian sản xuất trong một thời gian ngắn đáng kể. Công ty đã được cấp một số bằng sáng chế xung quanh các công nghệ in 3d và thậm chí một số hợp kim của nó. Công ty có thể làm được như vậy một phần nhờ vào việc sản xuất hoàn toàn trong nhà, nơi các nhà sản xuất tên lửa khác dựa vào chuỗi cung ứng và các nhà sản xuất bên ngoài. Relativity Space đang tự làm tất cả những việc này tại 1 trong 4 nhà kho của nó trải khắp Hoa Kỳ. Họ không chỉ quản lý để mang tất cả các công nghệ cần thiết vào nhà mà họ còn quản lý để trở thành công ty thứ tư trong lịch sử cape Canaveral để có bệ phóng chuyên dụng, họ cũng có một căn cứ tại căn cứ không quân Vandenberg. 

Các công nghệ độc quyền của Relativity Space đã cho phép họ sản xuất các máy in 3d được thiết kế mới sử dụng phóng điện vòm plasma và hàn laze với hợp kim nhôm với tốc độ 10″ mỗi giây của dây hàn được thiết kế hoàn toàn trong nhà. Điều này đã cho phép họ điều chỉnh tốt hơn sản phẩm cuối cùng để phù hợp với nhu cầu cụ thể của họ với tốc độ chưa từng thấy. Học máy tối ưu hóa một thiết kế linh hoạt hơn, trong nhiều trường hợp sản xuất các bộ phận gần như không thể sản xuất được.

Ellis và nhóm của ông đã phải giải quyết một số thách thức kỹ thuật không lường trước được như cong vênh kim loại. Trong trường hợp này, nhóm đã kết luận cách tiếp cận tốt nhất là tìm hiểu các thông số kỹ thuật chính xác về độ cong vênh vốn có của từng hợp kim và sử dụng các thuật toán máy học để điều chỉnh tốt hơn các chương trình của họ cho phù hợp với hợp kim cụ thể được sử dụng cho quy trình. Điều này cho phép họ tính toán và điều chỉnh phù hợp để tích hợp độ cong vênh của bộ phận vào các phép đo khi tạo ra nó. Ellis tuyên bố rằng theo chiều dài của tên lửa, thuật toán này đã dẫn đến dung sai trong vòng 2 phần nghìn inch. Đây là một ví dụ khác về cách máy học mang lại lợi ích cho sản xuất. 

Đơn giản hóa tăng vọt danh sách ưu tiên

Trong các thế hệ thăm dò tên lửa trước đây, dự phòng là bắt buộc đối với mọi quyết định của NASA. Trong trường hợp có khả năng xảy ra sự cố, mỗi bộ phận bắt buộc phải có tối thiểu một bộ phận dự phòng. Suy nghĩ này có thể được nhìn thấy trong các quyết định kỹ thuật và sản xuất trong suốt nhiều lần lặp lại các tên lửa của NASA. Nhưng chúng ta đứng ở đâu khi mục tiêu là giảm các bộ phận và đơn giản hóa việc sản xuất tên lửa? Làm thế nào điều này sẽ ảnh hưởng đến dự phòng?

Trong trường hợp của Không gian tương đối, việc đơn giản hóa tên lửa có lợi cho dự phòng. Việc giảm số lượng bộ phận có liên quan trực tiếp đến việc dễ bảo trì và khả năng thay đổi hoặc sửa chữa các bộ phận theo yêu cầu. Với những tiến bộ trong in 3D và yêu cầu về kích thước giảm đối với máy in chất lượng cao, giờ đây việc trang bị máy in 3D trên máy bay trong các chuyến bay có người lái và khả năng đóng quân trên các hành tinh thuộc địa là điều khả thi.

Điều này có thể được nhìn thấy xuyên suốt các tên lửa Terran 1 và Terran T, từ các vòi phun của chúng được sản xuất từ ​​1 bộ phận riêng lẻ cho đến các hệ thống làm mát buồng mở rộng được in trực tiếp vào các bề mặt được nung nóng. Những sự đơn giản hóa quá mức này đã dẫn đến các bộ phận đáng tin cậy hơn và tiết kiệm chi phí hơn, có thể được chế tạo một cách khả thi ở bất kỳ đâu mà chúng có thể quản lý để vừa với máy in. Điều này cũng sẽ cho phép giảm thời gian bảo trì và ngừng hoạt động do thiếu các yêu cầu thực hành để tháo rời và lắp ráp lại bộ phận.