在過去的 62 年裡，美國航天工業以超乎人類想像的速度設計和開發了進入外太空的途徑，一直到達我們自己的月球，一直到遙遠的太陽系乃至更遠的地方。但是如果我告訴你這個行業即將經歷技術範式轉變呢? Relativity Space 和 SpaceX 等公司正在引領該行業可能經歷的技術和製造業最偉大的變革之一。在本文中，我們將探討 Relativity Space 正在利用哪些技術和發明來實現這一目標。
Tim Ellis 是誰?
為了更好地了解 Tim Ellis，我們必須回顧更遠的過去.作為一個年輕人，蒂姆通過對樂高的痴迷認識到了他高度專注和多任務的能力，以至於蒂姆右手的拇指仍然永久彎曲，因為他花費了大量的時間和精力來建造樂高。
Ellis 就讀於南加州大學，他計劃在那里以編劇身份畢業並作為南加州大學主題選擇計劃的一部分進行學習。然而，在大一入學期間，他將專業轉為航空航天工程。 Ellis 和 Relativity 的另一位聯合創始人兼首席技術官 Jordan Noone 均在南加州大學的火箭推進部門擔任領導職務實驗室。在火箭推進實驗室工作期間，Ellis 和 Noone 幫助將第一顆由學生設計和製造的火箭送入太空。在就讀南加州大學期間，Ellis 在 Blue Origin 進行了 3 次實習，並獲得了理學學士和理學碩士學位。
畢業後，Ellis 繼續在 Blue Origin 全職工作了 5 年，主要專注於 3D 打印火箭技術。後來，他擔任乘員艙 RCS 推進器的推進開發工程師。他後來因將內部 3D 打印引入 blue Origin 而受到讚譽。
起源
當 Ellis 和 Noone 花時間開發專門設計用於輔助火箭推進的增材製造技術時，他們認識到該技術對航天工業影響的嚴重性，並決定追求一種更雄心勃勃的火箭製造方法。
Ellis 和 Noone 將繼續在 2015 年推出 Relativity Space Industries。最初，他們尋求籌集 500,000 美元的種子資金，但由於沒有為初創企業籌集資金的實際經驗，Ellis 開始了肢體和 決定給 Mark Cuban 發郵件，顯然他的郵件會很有吸引力足以說服馬克投資全部 500,000 美元。從在星巴克餐巾紙上勾勒出的想法到獲得資金，一周多時間。埃利斯 (Ellis) 和努恩 (Noone) 將開始瘋狂的旅程，後來成為一個成功的故事。
Ellis 和 Noone 爭先恐後地跟上增長速度，後來他們承認 Mark 的資金來得太快了，以至於他們實際上無處可存。有了到位的資金和征服任何給定任務的雄心，他們開始了製造完全 3D 打印火箭的艱鉅任務。迄今為止，Relativity Space 已在 4 輪融資中成功籌集到 23 億美元。
增材製造
Relativity Space 現在面臨著製造全 3d 打印火箭以更好地推進生產火箭飛船，降低成本並增加設計的簡單性。 Ellis 明白 3D 打印機是這個問題的答案，因為它們能夠比以前的工具方法更快、更便宜地簡化和創造東西，而且作為獎勵，這項新技術更環保、更節能。
在某些情況下，測試時間縮短了 10 倍。例如，前幾代火箭從理論到可行產品需要 10 年以上的時間，而 Relativity Space 可以在不到 60 天的時間內生產出原型。但這並不像購買金屬 3D 打印機並開始生產那麼簡單，Relativity Space 必須製造自己的 3D 打印機，甚至在內部設計他們團隊自己的金屬專家提供的合金。這些壯舉本身就是巨大的，更不用說設計火箭時存在的其他復雜問題了。
增材製造解決了幾乎所有現有的航天工業生產線問題，它消除了對特殊工具的需求，加快了從想法到可行產品的時間，並允許 Relativity 空間進行測試和生產在更短的時間內比任何其他火箭製造商進行更多的迭代。當您談論的是一個處理數百萬甚至數十億貴重貨物的行業時，這些技術需要經過試驗、驗證和測試。儘管存在這些障礙，該公司還是收到了美國歷史上所有私營航天公司中數量最多的預購訂單，支持了 3D 打印的理念，並證明投資者已為 Ellis 和 Noone 設想的航天工業技術進步做好準備.
Relativity Space 4g打印機。
航天工業量
太空旅行的長期問題是負擔能力，這個高門檻導緻小國無法發射太空計劃。人們還認為，在 SpaceX 和 Blue Origin 證明錯誤之前，太空旅行在私營部門永遠不可行。 Relativity Space 是一個新來者，它正在擾亂這個行業以滿足世界各國的需求。隨著我們對衛星和火箭發射的需求增加，對太空旅行的需求呈指數級增長。目前，航天工業的價值為 3500 億美元，據摩根士丹利稱，該行業預計將增至 1.1 萬億美元 到 2040 年。
近 50% 的航天工業是衛星發射，認識到這一點，私營部門已經以更實用的方式引導自己，更適合低軌道衛星的分佈。這在多個方面都是有益的，太空對貨物的需求正在增長，我們需要最適合將大量貨物遠距離運送到外星球的解決方案如果我們要改造像火星這樣的行星，我們將需要有能力為了在地球上進行製造和創造，我們不能指望將需要的貨物運送到一個月以外的地球。
Relativity Space 擁有 Terran 1 和 Terran R，主要關注貨物配送的需求。 Terran 1（85% 3d 打印）的有效載荷為 2700 磅，這將主要用於信息收集技術，因為他們正在測試並準備在 2024 年發射 Terran R，Terran R（95% 3d 打印）預計將有效載荷為 44,000 磅。 Tarran 1 更適合低軌道任務，Terran R 的目標是在 2024 年飛往火星。
Relativity space
Relativity space 已經發展成為一家支持42 億美元估值 並在非常短的時間內獲得超過 130 萬平方英尺的製造空間。該公司已獲得多項專利，圍繞其 3d 打印技術甚至部分合金。該公司之所以能夠做到這一點，部分原因在於完全內部製造，而其他火箭製造商則依賴供應鍊和外部製造商。 Relativity Space 在其遍布美國的 4 個倉庫中的 1 個倉庫中獨自完成這一切。他們不僅設法將所有必要的技術引入內部，而且還設法 成為卡納維拉爾角歷史上第四家擁有專用發射台的公司，他們還在范登堡空軍基地設有基地。
Relativity Space 的專有技術使他們能夠製造新設計的 3d 打印機，利用等離子弧放電和激光焊接鋁合金，完全在內部設計的焊絲每秒 10 英寸。這使他們能夠以前所未有的速度更好地調整最終產品以滿足他們的特定需求。機器學習優化了更流暢的設計，在許多情況下生產出否則幾乎無法製造的零件。
Ellis 和他的團隊必須解決一些無法預料的技術挑戰，例如金屬翹曲。在這種情況下，該團隊得出的結論是，最好的方法是了解每種合金固有的翹曲的確切規格，並利用機器學習算法更好地調整他們的程序，以適應該工藝所使用的特定合金。這使他們能夠進行相應的計算和調整，以便在創建零件時將零件的翹曲整合到測量結果中。 Ellis 指出，在火箭的整個長度上，該算法導致的公差在千分之二英寸以內。這是機器學習如何使製造業受益的另一個例子。
簡化成為優先事項
在前幾代火箭探索中，NASA 做出的每一個決定都必須採用冗餘。萬一發生潛在故障，每個部分都需要至少有一個備份部分。這種想法可以在 NASA 火箭的幾次迭代中的工程和製造決策中看到。但是，當目標是減少零件並簡化火箭的製造時，我們的立場是什麼?這將如何影響冗餘度?
在Relative Space的案例中，火箭的簡化有利於冗餘度。零件數量的減少與維護的便利性以及按需更換或維修零件的能力直接相關。隨著 3D 打印技術的進步和對高質量打印機尺寸要求的降低，現在將 3D 打印機安裝在載人飛行的飛機上並可能駐紮在殖民星球上是可行的。
這在整個Terran 1 和 Terran T 火箭，從由 1 個單獨部件製成的噴嘴到直接打印到加熱表面的膨脹室冷卻系統。這些過度簡化導致了更可靠和更具成本效益的部件，這些部件幾乎可以在他們能夠設法安裝打印機的任何地方製造。由於不需要動手拆卸和重新組裝零件，這還可以減少維護和停機時間。