อวกาศสัมพัทธภาพกำลังสร้างอุตสาหกรรมอวกาศใหม่หรือไม่?

ในช่วง 62 ปีที่ผ่านมา อุตสาหกรรมอวกาศของอเมริกาได้ออกแบบและพัฒนาเส้นทางสู่อวกาศด้วยอัตราที่เร็วกว่าที่มนุษย์จะจินตนาการได้ ไปถึงดวงจันทร์ของเราเอง ไปจนถึงระบบสุริยะที่อยู่ห่างไกลออกไปและไกลออกไป แต่ถ้าฉันบอกคุณว่าอุตสาหกรรมนี้กำลังจะมีการเปลี่ยนแปลงกระบวนทัศน์ในด้านเทคโนโลยี บริษัทต่างๆ เช่น Relativity Space และ SpaceX กำลังเป็นผู้นำในการเปลี่ยนแปลงทางเทคโนโลยีและการผลิตที่ยิ่งใหญ่ที่สุดครั้งหนึ่งที่อุตสาหกรรมอาจเคยประสบ ในบทความนี้ เราจะสำรวจว่าเทคโนโลยีและการกำเนิดขึ้นของอวกาศสัมพัทธภาพกำลังใช้เพื่อพิชิตเป้าหมายนี้อย่างไร

Tim Ellis คือใคร

เพื่อให้เข้าใจ Tim Ellis ได้ดีขึ้น เราต้องมองย้อนกลับไป. ในฐานะที่เป็นชายหนุ่ม Tim รับรู้ถึงความสามารถของเขาในการโฟกัสแบบไฮเปอร์โฟกัสและการทำงานหลายอย่างพร้อมกันผ่านความหลงใหลในเลโก้ของเขา มากจน Tim ยังคงมีนิ้วโป้งที่งออย่างถาวรบนมือขวาจากเวลาและความพยายามในการสร้างเลโก้

เอลลิสเริ่มต้นที่ มหาวิทยาลัยเซาเทิร์นแคลิฟอร์เนีย ซึ่งเขาวางแผนจะสำเร็จการศึกษาในฐานะนักเขียนบทภาพยนตร์ และเรียนเป็นส่วนหนึ่งของโปรแกรม Thematic Option ของ USC อย่างไรก็ตาม ในระหว่างการปฐมนิเทศน้องใหม่ เขาได้เปลี่ยนวิชาเอกเป็นวิศวกรรมการบินและอวกาศ ผู้ร่วมก่อตั้งและ CTO อีกคนของ Ellis และ Relativity, Jordan Noone ต่างก็ดำรงตำแหน่งผู้นำที่ Rocket Propulsion ของ USC ห้องปฏิบัติการ ในช่วงเวลาที่พวกเขาอยู่ใน Rocket Propulsion Lab นั้น Ellis และ Noone ได้ช่วยกันส่งจรวดที่ออกแบบและสร้างโดยนักเรียนขึ้นสู่อวกาศ ขณะเข้าเรียนที่ USC Ellis ได้ฝึกงาน 3 ครั้งกับ Blue Origin และได้รับทั้งวิทยาศาสตรบัณฑิตและวิทยาศาสตรมหาบัณฑิต

หลังจากสำเร็จการศึกษา Ellis ยังคงทำงานเต็มเวลากับ Blue Origin เป็นเวลา 5 ปี โดยเน้นหนักไปที่เทคโนโลยีจรวดพิมพ์ 3 มิติ ต่อมาเขาทำหน้าที่เป็นวิศวกรพัฒนาระบบขับเคลื่อนของ RCS thrusters แบบแคปซูลสำหรับลูกเรือ ในเวลาต่อมาเขาได้รับเครดิตจากการนำการพิมพ์ 3 มิติภายในบริษัทไปสู่แหล่งกำเนิดสีน้ำเงิน

จุดเริ่มต้น

ขณะที่ Ellis และ Noone ใช้เวลาในการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุที่ออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อช่วยในการขับเคลื่อนจรวด พวกเขารับรู้ถึงแรงโน้มถ่วงของเทคโนโลยีนี้ที่ส่งผลกระทบต่ออุตสาหกรรมอวกาศและตัดสินใจที่จะติดตาม วิธีการที่ทะเยอทะยานมากขึ้นในการผลิตจรวด

Ellis และ Noone จะร่วมกันเปิดตัว Relativity Space Industries ในปี 2015 เริ่มแรก พวกเขาต้องการระดมทุน 500,000 ดอลลาร์ แต่เนื่องจากไม่มีประสบการณ์จริงในการระดมทุนสำหรับธุรกิจสตาร์ทอัพ เอลลิสจึงเดินหน้าต่อไป แขนขา และ ตัดสินใจส่งอีเมลหา Mark Cuban เห็นได้ชัดว่าอีเมลของเขาน่าสนใจ มากพอที่จะโน้มน้าวให้มาร์คลงทุนเต็มจำนวน 500,000 ดอลลาร์ กว่าหนึ่งสัปดาห์จากไอเดียที่วาดบนผ้าเช็ดปากของ Starbucks ไปจนถึงการจัดหาเงินทุน เอลลิสและโนเน่จะเริ่มต้นการเดินทางที่ดุเดือดซึ่งต่อมาจะกลายเป็นเรื่องราวความสำเร็จเรื่องหนึ่ง

Ellis และ Noone ตะเกียกตะกายเพื่อให้ทันกับอัตราการเติบโตในภายหลังจะยอมรับว่าเงินทุนจาก Mark มาอย่างรวดเร็วจนพวกเขาไม่มีที่จะฝากเงิน ด้วยเงินทุนที่มีอยู่และความทะเยอทะยานที่จะพิชิตงานใดก็ตาม พวกเขาจึงเริ่มงานที่ยิ่งใหญ่ในการสร้างจรวดจากการพิมพ์ 3 มิติทั้งหมด จนถึงปัจจุบัน อวกาศสัมพัทธภาพประสบความสำเร็จในการระดมเงิน 2.3 พันล้านดอลลาร์ตลอด 4 รอบ

การผลิตแบบเติมแต่ง 

ขณะนี้อวกาศสัมพัทธภาพต้องเผชิญกับภารกิจอันยิ่งใหญ่ในการสร้างจรวดพิมพ์ 3 มิติทั้งหมดเพื่อพัฒนาให้ดียิ่งขึ้น การผลิตเรือจรวด ลดต้นทุน และเพิ่มความเรียบง่ายในการออกแบบ Ellis เข้าใจว่าเครื่องพิมพ์ 3 มิติคือคำตอบสำหรับสิ่งนี้ เนื่องจากความสามารถในการลดความซับซ้อนและสร้างสิ่งต่างๆ ได้เร็วและถูกกว่าวิธีการใช้เครื่องมือแบบเดิมๆ และที่เป็นโบนัสคือ เทคโนโลยีใหม่นี้เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและประหยัดพลังงานมากขึ้น

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

การผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุยืนหยัดเพื่อแก้ปัญหาเกือบทั้งหมดของอุตสาหกรรมอวกาศที่มีอยู่ด้วยสายการผลิต ช่วยลดความจำเป็นในการใช้เครื่องมือพิเศษ เร่งเวลาจากแนวคิดไปสู่ผลิตภัณฑ์ที่ใช้งานได้ และทำให้อวกาศสัมพัทธภาพสามารถทดสอบและผลิตได้ การทำซ้ำจำนวนมากในระยะเวลาอันสั้นกว่าผู้ผลิตจรวดรายอื่น เมื่อคุณกำลังพูดถึงอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับการขนส่งสินค้ามูลค่านับล้านและบ่อยครั้งแม้แต่พันล้านในการขนส่งสินค้าอันมีค่า เทคโนโลยีเหล่านี้จำเป็นต้องได้รับการทดลอง จริง และทดสอบ แม้จะมีอุปสรรคเหล่านี้ แต่บริษัทก็ได้รับคำสั่งซื้อล่วงหน้าเป็นจำนวนมากที่สุดในบรรดาบริษัทเอกชนด้านอวกาศในประวัติศาสตร์อเมริกา ซึ่งสนับสนุนแนวคิดของการพิมพ์ 3 มิติและพิสูจน์ให้เห็นว่านักลงทุนพร้อมสำหรับความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในอุตสาหกรรมอวกาศที่ Ellis และ Noone จินตนาการไว้.

เครื่องพิมพ์ 4g อวกาศสัมพัทธภาพ

ปริมาณอุตสาหกรรมอวกาศ

ปัญหาที่มีมาอย่างยาวนานเกี่ยวกับการเดินทางในอวกาศคือความสามารถในการจ่าย เกณฑ์ที่สูงนี้ทำให้ประเทศเล็กๆ ไม่กล้าเปิดตัว โครงการอวกาศ นอกจากนี้ยังสันนิษฐานว่าการเดินทางในอวกาศจะไม่สามารถทำได้ในภาคเอกชนจนกว่า SpaceX และ Blue Origin จะพิสูจน์ได้ว่าผิด อวกาศสัมพัทธภาพคือผู้มาใหม่ที่พลิกโฉมอุตสาหกรรมนี้เพื่อตอบสนองความต้องการของประเทศต่างๆ ทั่วโลก เมื่อความต้องการดาวเทียมและการปล่อยจรวดของเราเพิ่มขึ้น ความต้องการสำหรับการเดินทางในอวกาศก็เพิ่มขึ้นอย่างทวีคูณ ปัจจุบัน อุตสาหกรรมอวกาศมีมูลค่า 350 พันล้านดอลลาร์ และอ้างอิงจาก Morgan Stanley คาดว่าจะเติบโตเป็น 1.1 ล้านล้านดอลลาร์ ภายในปี 2040 

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

อวกาศสัมพัทธภาพซึ่งมี Terran 1 และ Terran R กำลังมุ่งเน้นไปที่ความต้องการในการกระจายสินค้าอย่างมาก Terran 1 (พิมพ์ 85% 3 มิติ) จะมีน้ำหนักบรรทุก 2,700 ปอนด์ ซึ่งจะทุ่มเทอย่างมากให้กับเทคโนโลยีการรวบรวมข้อมูลในขณะที่พวกเขาทดสอบและเตรียมเปิดตัว Terran R ในปี 2024 Terran R (พิมพ์ 95% 3d) คาดว่าจะ มีน้ำหนักบรรทุก 44,000 ปอนด์ Tarran 1 เหมาะกับภารกิจวงโคจรต่ำมากกว่า โดย Terran R มีเป้าหมายที่จะบินไปยังดาวอังคารในปี 2024 

อวกาศสัมพัทธภาพ

อวกาศสัมพัทธภาพได้เติบโตขึ้นเป็นบริษัทที่สนับสนุนการประเมินมูลค่า 4.2 พันล้านดอลลาร์ และรักษาพื้นที่การผลิตกว่า 1.3 ล้านตารางฟุตในระยะเวลาอันสั้นอย่างน่าทึ่ง บริษัทได้รับการได้รับสิทธิบัตรหลายฉบับเกี่ยวกับเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติและแม้แต่โลหะผสมบางส่วน บริษัทสามารถทำได้ส่วนหนึ่งเนื่องจากการผลิตภายในบริษัทอย่างเต็มรูปแบบ โดยที่ผู้ผลิตจรวดรายอื่นต้องพึ่งพาห่วงโซ่อุปทานและผู้ผลิตภายนอก อวกาศสัมพัทธภาพกำลังดำเนินการทั้งหมดนี้ด้วยตัวเองที่โกดัง 1 ใน 4 แห่งที่กระจายอยู่ทั่วสหรัฐอเมริกา พวกเขาไม่เพียงแต่สามารถนำเทคโนโลยีที่จำเป็นทั้งหมดเข้ามาใช้ในบ้านได้เท่านั้น แต่พวกเขายังสามารถจัดการเพื่อกลายเป็นกองร้อยที่สี่ในประวัติศาสตร์ของแหลมคานาเวอรัลที่มีฐานยิงจรวดโดยเฉพาะ พวกเขายังมีฐานที่ฐานทัพอากาศ Vandenberg

เทคโนโลยีที่เป็นกรรมสิทธิ์ของ Relativity Space ช่วยให้พวกเขาสามารถผลิตเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่ออกแบบใหม่โดยใช้การปล่อยพลาสมาอาร์คและการเชื่อมด้วยเลเซอร์ด้วยโลหะผสมอลูมิเนียมในอัตรา 10″ ต่อวินาทีของลวดเชื่อมที่ออกแบบเองทั้งหมด สิ่งนี้ช่วยให้พวกเขาปรับแต่งผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายให้เหมาะกับความต้องการเฉพาะได้ดีขึ้นด้วยความเร็วที่ไม่เคยเห็นมาก่อน แมชชีนเลิร์นนิงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบที่ลื่นไหลมากขึ้น ในหลายกรณีการผลิตชิ้นส่วนที่แทบจะเป็นไปไม่ได้ในการผลิต

เอลลิสและทีมของเขาต้องแก้ปัญหาทางเทคนิคที่คาดไม่ถึงหลายอย่าง เช่น การบิดงอของโลหะ ในกรณีนี้ ทีมงานได้ข้อสรุปว่าแนวทางที่ดีที่สุดคือการเรียนรู้ข้อกำหนดเฉพาะของการแปรปรวนซึ่งมีอยู่ในโลหะผสมแต่ละชนิด และใช้อัลกอริธึมการเรียนรู้ของเครื่องเพื่อปรับโปรแกรมให้ดียิ่งขึ้นเพื่อให้เหมาะกับโลหะผสมเฉพาะที่ใช้สำหรับกระบวนการ สิ่งนี้ทำให้พวกเขาสามารถคำนวณและปรับเปลี่ยนตามนั้นเพื่อรวมการแปรปรวนของชิ้นส่วนเข้ากับการวัดเมื่อสร้างมันขึ้นมา เอลลิสระบุว่าตลอดความยาวของจรวด อัลกอริธึมนี้ทำให้เกิดค่าความคลาดเคลื่อนไม่เกิน 2 ในพันของหนึ่งนิ้ว นี่เป็นอีกตัวอย่างหนึ่งที่แสดงให้เห็นว่าแมชชีนเลิร์นนิงมีประโยชน์ต่อการผลิตอย่างไร

การทำให้ง่ายขึ้นซึ่งพุ่งขึ้นเป็นลำดับความสำคัญ

ในการสำรวจด้วยจรวดรุ่นก่อนๆ ความซ้ำซ้อนเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับทุกการตัดสินใจของ NASA ในกรณีที่อาจเกิดความล้มเหลว แต่ละส่วนจะต้องมีส่วนสำรองอย่างน้อยหนึ่งส่วน ความคิดนี้สามารถเห็นได้ในการตัดสินใจด้านวิศวกรรมและการผลิตตลอดการทำซ้ำหลายครั้งของจรวด NASA แต่เราจะยืนอยู่จุดไหนเมื่อเป้าหมายคือการลดชิ้นส่วนและทำให้การผลิตจรวดง่ายขึ้น? สิ่งนี้จะส่งผลต่อความซ้ำซ้อนอย่างไร

ในกรณีของ Relative Space การลดความซับซ้อนของจรวดจะเป็นประโยชน์ต่อความซ้ำซ้อน การลดลงของจำนวนชิ้นส่วนมีความสัมพันธ์โดยตรงกับความสะดวกในการบำรุงรักษาและความสามารถในการเปลี่ยนหรือซ่อมแซมชิ้นส่วนตามต้องการ ด้วยความก้าวหน้าในการพิมพ์ 3 มิติและข้อกำหนดด้านขนาดที่ลดลงสำหรับเครื่องพิมพ์คุณภาพสูง ปัจจุบันมีความเป็นไปได้ที่จะมีเครื่องพิมพ์ 3 มิติบนเครื่องบินในเที่ยวบินที่มีมนุษย์ควบคุม และอาจประจำการบนดาวเคราะห์ที่เป็นอาณานิคม

สิ่งนี้สามารถเห็นได้ทั่วทั้ง จรวด Terran 1 และ Terran T จากหัวฉีดที่ผลิตจากชิ้นส่วนเดี่ยว 1 ชิ้น ไปจนถึงระบบระบายความร้อนของห้องขยายที่ถูกพิมพ์ลงบนพื้นผิวที่อุ่นโดยตรง ความซับซ้อนที่มากเกินไปเหล่านี้ส่งผลให้ชิ้นส่วนมีความน่าเชื่อถือและคุ้มค่ามากขึ้น ซึ่งสามารถทำได้ทุกที่ที่สามารถจัดการให้พอดีกับเครื่องพิมพ์ได้ นอกจากนี้ยังช่วยลดการบำรุงรักษาและเวลาหยุดทำงาน เนื่องจากไม่มีข้อกำหนดที่ต้องลงมือปฏิบัติจริงในการถอดและประกอบชิ้นส่วนใหม่