Liệu Relativity Space có đang thay đổi ngành công nghiệp vũ trụ?

Trong 62 năm qua, ngành công nghiệp vũ trụ Mỹ đã thiết kế và phát triển cách vào không gian ngoài trời với tốc độ nhanh hơn những gì con người có thể tưởng tượng, từ mặt trăng của chúng ta đến các hệ thống mặt trời xa xôi và hơn thế nữa. Nhưng nếu tôi nói với bạn rằng ngành công nghiệp này sắp trải qua một sự thay đổi范式 trong công nghệ. Các công ty như Relativity Space và SpaceX đang dẫn đầu một trong những sự thay đổi lớn nhất trong công nghệ và sản xuất mà ngành công nghiệp này có thể trải qua. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ khám phá những công nghệ và sự kiện Relativity Space đang sử dụng để chinh phục mục tiêu này.

Ai là Tim Ellis?

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

Ellis bắt đầu tại Đại học Nam California, nơi anh dự định tốt nghiệp với tư cách là một nhà viết kịch và học tập như một phần của chương trình Thematic Option của USC. Tuy nhiên, trong lễ khai giảng năm thứ nhất, anh đã chuyển sang chuyên ngành kỹ thuật hàng không. Ellis và người đồng sáng lập Relativity khác, Jordan Noone, đều giữ vị trí lãnh đạo tại Phòng thí nghiệm Động cơ Tên lửa USC. Trong thời gian tại Phòng thí nghiệm Động cơ Tên lửa, Ellis và Noone đã giúp phóng tên lửa đầu tiên do sinh viên thiết kế và xây dựng vào không gian. Khi 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 mạnh vào công nghệ tên lửa in 3D. Sau đó, anh từng là kỹ sư phát triển động cơ trên hệ thống động cơ RCS của tàu vũ trụ. Anh sau đó được ghi nhận là người mang công nghệ in 3D vào Blue Origin.

Nguồn gốc

Khi Ellis và Noone dành thời gian phát triển các công nghệ sản xuất phụ gia đặc biệt để giúp hỗ trợ động cơ tên lửa, họ nhận ra tầm quan trọng của công nghệ này đối với ngành công nghiệp vũ trụ và quyết định theo đuổi một cách tiếp cận tham vọng hơn trong sản xuất tên lửa.

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 hạt giống, nhưng với không có kinh nghiệm thực sự trong việc huy động vốn cho một công ty khởi nghiệp, Ellis đã quyết định gửi email lạnh cho Mark Cuban, rõ ràng email của anh đủ thuyết phục để thuyết phục Mark đầu tư toàn bộ 500.000 đô la. Chỉ trong một tuần từ ý tưởng phác thảo trên một tờ giấy napkin Starbucks đến việc bảo đảm vốn, Ellis và Noone sẽ bắt đầu một cuộc hành trình điên rồ mà sau này sẽ trở thành một câu chuyện thành công độc nhất vô nhị.

Ellis và Noone phải vật lộn để theo kịp tốc độ tăng trưởng sẽ sau đó thừa nhận rằng việc tài trợ từ Mark đến quá nhanh đến mức họ thực sự không có nơi nào để gửi tiền. Với tiền trong tay và tham vọng chinh phục bất kỳ nhiệm vụ nào, họ bắt đầu nhiệm vụ đồ sộ là tạo ra tên lửa in 3D hoàn toàn. Cho đến nay, Relativity Space đã huy động thành công 2,3 tỷ đô la thông qua 4 vòng.

Sản xuất phụ gia

Relativity Space hiện đang phải đối mặt với nhiệm vụ đồ sộ là tạo ra tên lửa in 3D hoàn toàn để cải thiện hơn nữa sản xuất tàu tên lửa, giảm chi phí và tăng sự đơn giản của thiết kế. Ellis hiểu rằng máy in 3D là câu trả lời cho điều này do khả năng của chúng trong việc đơn giản hóa và tạo ra mọi thứ nhanh hơn và rẻ hơn so với các phương pháp công cụ trước đây, và như một lợi thế, công nghệ mới này còn xanh hơn và tiết kiệm năng lượng hơn.

Thời gian thử nghiệm đã được giảm trong một số trường hợp xuống 10 lần. Ví dụ, các thế hệ tên lửa trước đây sẽ mất tới 10 năm để đi từ lý thuyết đến một sản phẩm khả thi, và Relativity Space có thể tạo ra mẫu thử nghiệm trong ít hơn 60 ngày. Nhưng điều đó không đơn giản như mua một máy in 3D bằng kim loại và bắt đầu sản xuất, Relativity Space phải tự sản xuất máy in 3D của riêng mình và thậm chí phải thiết kế trong nhà các hợp kim của riêng họ từ các chuyên gia kim loại trong đội của họ. Những thành tựu này là lớn lao khi đứng một mình, chưa kể đến những phức tạp còn lại khi thiết kế tên lửa.

Sản xuất phụ gia có thể giải quyết gần như tất cả các vấn đề hiện có trong các dây chuyền sản xuất của ngành công nghiệp vũ trụ, nó loại bỏ nhu cầu về công cụ đặc biệt, tăng tốc thời gian từ ý tưởng đến sản phẩm khả thi, và cho phép Relativity Space thử nghiệm và sản xuất đáng kể nhiều lần lặp hơn trong một khoảng thời gian ngắn hơn so với bất kỳ nhà sản xuất tên lửa nào khác. Khi bạn đang nói về một ngành công nghiệp xử lý hàng triệu và thường là hàng tỷ đô la hàng hóa quý giá, những công nghệ này cần phải được thử nghiệm, kiểm tra và thử nghiệm. Mặc dù những chướng ngại vật này, công ty đã nhận được số lượng đặt hàng trước lớn nhất của bất kỳ công ty tư nhân nào trong lịch sử Mỹ, củng cố ý tưởng về in 3D và chứng minh rằng các nhà đầu tư đã sẵn sàng cho những tiến bộ công nghệ trong ngành công nghiệp vũ trụ mà Ellis và Noone đã hình dung.

Relativity Space 4g printer.

Thể tích ngành công nghiệp vũ trụ

Vấn đề lâu dài với du hành vũ trụ đã là chi phí, ngưỡng cao này đã ngăn cản các quốc gia nhỏ hơn phóng chương trình vũ trụ. Người ta cũng cho rằng du hành vũ trụ sẽ không bao giờ khả thi trong lĩnh vực tư nhân cho đến khi được chứng minh là sai bởi SpaceX và Blue Origin. Relativity Space là một người mới tham gia đang phá vỡ ngành công nghiệp này để đáp ứng nhu cầu của các quốc gia trên toàn thế giới. Khi nhu cầu về vệ tinh và phóng tên lửa tăng lên, nhu cầu về du hành vũ trụ 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 vào năm 2040.

Gần 50% ngành công nghiệp vũ trụ là phóng vệ tinh, nhận ra điều này, lĩnh vực tư nhân đã định hướng mình theo cách hữu dụng hơn để phân phối vệ tinh ở quỹ đạo thấp. Điều này có lợi ở nhiều cách, nhu cầu về hàng hóa trong không gian đang tăng lên và chúng ta cần các giải pháp tốt nhất để vận chuyển số lượng lớn trong khoảng cách dài đến các hành tinh khác Nếu chúng ta muốn terraforming một hành tinh như Sao Hỏa, chúng ta sẽ cần phải có khả năng sản xuất và tạo ra trên hành tinh, chúng ta không thể mong đợi vận chuyển hàng hóa khi cần đến một hành tinh cách xa hàng tháng.

Relativity Space, với Terran 1 và Terran R, đang tập trung mạnh vào nhu cầu phân phối hàng hóa. Terran 1 (85% in 3D) sẽ có tải trọng 2700 pound, điều này sẽ được dành riêng cho các công nghệ thu thập thông tin trên tàu khi họ thử nghiệm và chuẩn bị phóng Terran R vào năm 2024, Terran R (95% in 3D) dự kiến sẽ có tải trọng 44.000 pound. Tarran 1 phù hợp hơn với các nhiệm vụ quỹ đạo thấp, với Terran R có mục tiêu bay đến Sao Hỏa vào năm 2024.

Relativity Space

Relativity Space đã phát triển thành một công ty với giá trị 4,2 tỷ đô la và bảo đảm hơn 1,3 triệu feet vuông không gian sản xuất trong một khoảng thời gian đáng kinh ngạc. Công ty đã được cấp nhiều bằng sáng chế xung quanh công nghệ in 3D và thậm chí một số hợp kim của họ. Công ty có thể làm như vậy một phần nhờ vào sản xuất toàn bộ trong nhà, trong khi các nhà sản xuất tên lửa khác phụ thuộc vào chuỗi cung ứng và nhà sản xuất bên ngoài. Relativity Space đang làm tất cả những điều này một mình tại 1 trong 4 kho hàng của họ trên khắp Hoa Kỳ. Không chỉ họ đã quản lý để đưa tất cả các công nghệ cần thiết vào nhà, họ cũng đã quản lý để trở thành công ty thứ tư trong lịch sử Cape Canaveral có một bệ phóng chuyên dụng, họ cũng có một căn cứ tại căn cứ không quân Vandenberg.

Công nghệ độc quyền của Relativity Space đã cho phép họ sản xuất máy in 3D mới được thiết kế sử dụng hồ quang plasma và hàn laser với hợp kim nhôm ở tốc độ 10 inch mỗi giây của dây hàn được thiết kế hoàn toàn trong nhà. Điều này đã cho phép họ điều chỉnh sản phẩm cuối cùng tốt hơn để đáp ứng nhu cầu cụ thể của họ với tốc độ chưa từng có. Machine learning tối ưu hóa một thiết kế更加流暢, trong nhiều trường hợp tạo ra các bộ phận mà nếu không sẽ gần như không thể sản xuất.

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

Đơn giản hóa tên lửa lên danh sách ưu tiên

Trong các thế hệ khám phá tên lửa trước đây, sự dư thừa là bắt buộc đối với mọi quyết định được NASA đưa ra. Trong trường hợp có thể xảy ra thất bại, mỗi bộ phận yêu cầu phải có ít nhất một bộ phận dự phòng. Tư duy này có thể được nhìn thấy trong các quyết định kỹ thuật và sản xuất trên các thế hệ tên lửa khác nhau của NASA. Nhưng chúng ta đang ở đâu khi mục tiêu là giảm số lượng bộ phận và đơn giản hóa sản xuất tên lửa? Làm thế nào điều này sẽ ảnh hưởng đến sự dư thừa?

Trong trường hợp của Relative Space, việc đơn giản hóa tên lửa có lợi cho sự dư thừa. Sự giảm số lượng bộ phận tương quan trực tiếp với sự dễ dàng bảo trì và khả năng thay thế hoặc sửa chữa bộ phận khi cần. Với sự tiến bộ của in 3D và giảm yêu cầu về kích thước đối với máy in chất lượng cao, giờ đây đã có thể có máy in 3D trên máy bay trong các chuyến bay có người lái và thậm chí có thể được đặt trên các hành tinh đã được thuần hóa.

Điều này có thể được nhìn thấy trên toàn bộ Terran 1 và Terran T, từ các vòi phun được sản xuất từ một bộ phận duy nhất đến các hệ thống làm mát buồng giãn nở được in trực tiếp vào các bề mặt nóng. Những sự đơn giản hóa này đã dẫn đến các bộ phận đáng tin cậy và tiết kiệm chi phí hơn có thể thực sự được sản xuất ở bất kỳ nơi nào họ có thể quản lý để phù hợp với máy in. Điều này cũng sẽ cho phép giảm thời gian bảo trì và ngừng hoạt động do thiếu yêu cầu phải tháo rời và lắp ráp lại bộ phận.