Vai pasaulei ir vajadzīga 3D drukāta raķete?

3D drukātas raķetes gabala attēls Deimons Kasaress

Bija redzamas kādreiz senatnīgās baltās grīdas Relativitātes telpa PR fotogrāfijas tagad ir noberztas un pārklātas ar tipiska mašīnu darbnīcas atlikumiem. Tās noliktavā Losandželosas pievārtē trīs robotu rokas iespaidīgi karājas blakus konteineram, kas piepildīts ar metāla stieples spoli. Konteinera vākam ir robains caurums, it kā kāds sliktā dienā tam būtu izsists cauri; ir uzklāta līmlente, lai nosegtu asās malas. Šī ir iekārta, kas ir nospiesta līdz savām robežām, kalpojot augstam mērķim. Tā dibinātāju Tima Elisa un Džordana Noone vadībā Relativity mēģina izveidot 95% savas raķetes Terran 1, izmantojot 3D drukāšanu, tikai 60 dienās.

Jūs izlasījāt pareizi: plāns ir divu mēnešu laikā pāriet no izejmateriāla uz palaišanai gatavu raķeti. Ja tas izklausās pārdroši, tas ir tāpēc, ka tā ir. Milzīgi. 3D drukāšana kosmosa lidojumu nozarē piedzīvo brīdi — ikviens, sākot no SpaceX līdz Blue Origin un beidzot ar mazāk zināmiem jaunizveidotiem uzņēmumiem un veciem raķešu veikaliem, ķeras pie šīs tehnoloģijas, un daži ir nonākuši tik tālu, ka paši savus dzinējus drukā no nulles. Taču pat inženieri, kas strādā ar 3D drukāto raķešu tehnoloģiju visprogresīvākajiem virzieniem, nezina, ko darīt ar Ellis and Noone's jaunizveidoto firmu. Un vairāk nekā viens domā, ka viņi ir vienkārši traki.

Šis stāsts bija daļa no mūsu 2019. gada jūlija numura

• Skatiet pārējo izdevuma daļu
• Abonēt

Tradicionāli aviācijas un kosmosa nozare nav mainījusies ātri, un tas ir pamatota iemesla dēļ: raķetes ir kontrolēti sprādzieni, kas apdraud milzīgas naudas summas un dažreiz arī cilvēku dzīvības. Relativitātes teorijas mērķis ir 2020. gadā veikt izmēģinājuma palaišanu, lai iekarotu skeptiķus un iedomīgos. Lieta ir tāda, ka viņi vēl nav izdrukājuši veselu raķeti.

Raķetes pamatā sastāv no četrām galvenajām sistēmām: lietderīgās slodzes, vadības, dzinējspēka un konstrukcijām. Krava ir neatkarīgi no raķetes. Vadība sastāv no sensoriem, kas notur kuģi uz mērķa, un dzinējspēku veido degviela un dzinējs, kas to nodrošina. Konstrukcijas ir pārējais raķetes rāmis, konuss un spuras — detaļas, kuras parasti izgatavo, izmantojot īpaši precīzas CNC frēzmašīnas un roku metināšanu.

Tas viss ir veids, kā pateikt, ka aiz katras veiksmīgas palaišanas ir milzīgs darbaspēka daudzums un plašs piegādātāju tīkls, kas saskaņoti strādā, lai samontētu katru transportlīdzekli. Racionalizējot piegādes ķēdi, Relativity cer krasi samazināt ražošanas laiku.

Taču šis mērķis drukāt Terran 1 vairāk nekā 100 pēdas (30 metrus) ārpusi un degvielas tvertni ir saistīts ar papildu izaicinājumu: izveidot printerus, kas spēj paveikt šo uzdevumu. Raķešu uzņēmuma izveide ir grūta, 3D drukāšanas uzņēmuma izveide ir grūta, un abu apvienošana vienlaikus ir robežas rieksti, saka Eliss, Relativity izpilddirektors. Bet, lai gan tā ir grūtākā darba daļa, tā ir arī slepenā mērce, kas padarīs Relativity par pasauli mainošu uzņēmumu.

Ja Terran I nokļūs kosmosā, tā 11 pēdas augstajai degvielas tvertnei jādarbojas kā sapnim. Deimons Kasaress

Tomēr joprojām ir ejams ceļš, pirms kaut ko mainīt pasaulē. Mēs nelidosim ar raķeti, ja vien mēs neizstrādāsim šīs metāla 3D drukāšanas tehnoloģijas, Eliss atzīst. Tātad tas sniedz diezgan lielu eksistenciālu sitienu, lai to izdomātu, jo tas ir vienīgais veids, kā mēs patiešām sasniegsim savu mērķi.

Zvaigžņu vārtu bērni

Relativity vientuļais 20 pēdas augstais printeris Stargate ir strādājis uzņēmumā kopš 2017. gada, kad tas izgāja no slepenā režīma, taču tas beidzot tuvojas pārtraukumam. Blakus esošajā ēkā ir četri atjaunināti, no kastes izņemti modeļi. Katrs no tiem ir aizsargāts ar gariem melniem atlokiem, kas stiepjas no noliktavas griestiem līdz grīdai un atklāj savu jaunumu ar asu plastmasas smaržu. Vienam pie tā karājas maza rotaļlietu basketbola stīpa — it kā līdz šim tas biežāk kalpotu kā aizmugures dēlis, nevis raķešu printeris.

Milzu attēls, kas izšļakstīts pāri sienai, attēlo cerēto uzņēmuma nākotnes vīziju: noliktava, kas piepildīta ar zvaigžņu vārtiem, mazākiem printeriem un robotu rokām. Inženieru paradīze un mašīnista murgs. Tas ir, ka roboti pārņem mūsu darbu virsrakstus sienas gleznojuma formā.

Šķiet, ka apjomīgās mašīnas smīdina par gadu desmitiem ilgo raķešu montāžu. Apollo programmas laikā inženieri saskārās ar ārkārtējām grūtībām, lai panāktu nevainojamas šuves Saturna raķešu sērijā. Pat pieredzējušiem metinātājiem bija jāsaņem specializēta apmācība, lai veiktu nepieciešamās garās un precīzās metināšanas kārtas. Tagad robots metina visu.

Raķešu uzņēmuma izveide ir grūta, 3D drukāšanas uzņēmuma izveide ir grūta, un abu apvienošana vienlaikus ir robežas rieksti.

Zvaigžņu vārti un tā pēcnācēji izmanto tā dēvētās virzītās enerģijas nogulsnēšanās variantu. Tradicionālās ražošanas metodes ietver gatavā produkta grebšanu no materiāla bloka. Tā vietā 3D drukāšana veido objektu slāni pa slānim, ļaujot izveidot vieglus objektus ar sarežģītām iekšējām struktūrām, kuras nav iespējams izgatavot citādi. Visizplatītākais 3D drukāšanas veids tiek saukts par kausēto nogulsnēšanās modelēšanu — materiāls, bieži vien plastmasa, tiek izkausēts un izspiests no sprauslas precīzā veidā, lai izveidotu objektu. Apvienojiet to ar metināšanu, un jūs iegūsit virzītu enerģijas nogulsnēšanos.

Metināšanas pamati ietver vienmērīgas metāla stieples plūsmas padevi ar vienu roku un siltumu ar otru. Stargate to dara automātiski, izvadot stiepli no ekstrūdera augstas robota rokas galā. Metālu karsē, izmantojot elektrisko plazmu (un dažreiz arī lāzeru), un pēc tam novieto saskaņā ar datora norādījumiem. Elektronisko vadības ierīču, termiskās attēlveidošanas kameru un sensoru kombinācija, kas uzstādīta materiāla nogulsnēšanas vietas tuvumā, pielāgo izdruku, kad tā tiek izveidota. Mūsu vīzija par 3D drukāšanu ir programmatūras definēta automatizācija kosmosa jomā, saka Eliss. Tas virzās uz ilgtermiņa redzējumu par 3D drukāšanas raķetēm uz Marsa. Tie ir tieši tie rīki, kas mums būs nepieciešami, lai faktiski izveidotu lietas uz citām planētām.

Veids, kā Eliss runā par savu uzņēmumu, nāk prātā Elona Maska sajūsmas par SpaceX un Teslu, tikai Eliss saka, ka viņš pabeidz daļu no Marsa mīklas, ar kuru Musks vēl nerisina. Doma ir par diviem produktiem. Viena no tām ir raķešu nesējraķete. Otra ir rūpnīca, viņš saka. Laika gaitā mūsu redzamā rūpnīca var sarukt arvien mazāka un mazāka, līdz galu galā mēs varam vienkārši palaist lielu raķeti. Jūs veidojat mašīnu, kas ražo mašīnu. Un tad palaist to uz Marsu. Vienkārši.

Relativitāte pagājušajā mēnesī spēra nelielu soli pretī šai vīzijai, paziņojot, ka tā ir parakstījusi deviņu gadu nomas līgumu ar NASA par 220 000 kvadrātpēdu lielu objektu Misisipi štatā, kas kļūs par tās pirmo autonomo raķešu rūpnīcu.

Pat citi raķešu uzņēmumi, kas agresīvi nodarbojas ar 3D drukāšanu (pazīstams arī kā piedevu ražošana), nav pilnībā pārliecināti, ka tā izskatās nākotne. Rocket Lab, viena no nedaudzajām mazajām satelīta palaišanas ierīcēm, kas veic komerciālus lidojumus, ir paļāvusies uz piedevu ražošanu, lai izveidotu dzinējus, vārstus, kolektorus un vairākas citas sarežģītas sastāvdaļas; tā izpilddirektors Pīters Beks saka: Mēs nevaram nodrošināt tādu dzinēju apjomu un veiktspēju, kādus šobrīd ražojam bez 3D drukāšanas tehnoloģijas. Bet vesela raķete? Nav jēgas iet un izdrukāt avionikas kasti, tvertni vai ko tamlīdzīgu, jo tam ir daudz efektīvāki procesi, saka Beks. Es negribu līt Tima parādē. Es novēlu viņam visu to labāko, taču no inženierzinātņu viedokļa mums tas nav jēgas.

Galu galā klienti ir tie, kuriem būs nepieciešams relativitātes metodes gudrības pierādījums. Tāpat kā lielākā daļa raķešu kompāniju pirms pirmās palaišanas, Relativity pārdod saviem klientiem testa datus un izveidoto komandu. Galu galā tā ir pārliecība un ticības lēciens, ko mēs gatavojamies izpildīt, saka Eliss. Bet jā, tas ir diezgan liels. Un noteikti, tas ir process, lai to sasniegtu.

Acīmredzot daži klienti ir gatavi veikt šo lēcienu. Relativity jau ir publiski paziņojusi par trim klientiem, kuru palaišana ir rezervēta 2021. un 2022. gadam: Kanādas sakaru uzņēmums Telesat, Vašingtonā bāzētais Spaceflight (kas palīdz koordinēt satelīta braucienu daļu lielākām palaišanām) un Taizemes mu Space. Neviens apgalvo, ka, tiklīdz Relativity parādīs, ka tā var veiksmīgi uzsākt 2020. gadā, tā plāno palielināt katru gadu uzsākto lidojumu skaitu līdz 12 līdz 24.

Šāda veida agresīvas laika līnijas ir iekļautas uzņēmuma zinātnē. Pirms trim gadiem, neilgi pēc tam, kad Eliss un Nūns pameta savu pirmo darbu no koledžas attiecīgi Blue Origin un SpaceX, viņi pa e-pastu aicināja investoru Marku Kubanu lūgt sākuma finansējumu. Ziņojuma temats bija Kosmoss ir seksīgs: visas raķetes 3D drukāšana. Kubietis, kurš lielāko daļu sava biznesa veic, izmantojot e-pastu, piecas minūtes vēlāk atbildēja, sakot, ka vēlas ieguldīt 500 000 USD. Pēc diviem mēnešiem viņš to izdarīja. Pēc Kubas teiktā, viņa uzmanību piesaistīja ne tikai piedevu ražošanas elements. Ideja bija unikāla. Kaut es būtu par to domājis, viņš saka. Viņi bija kvalificēti, un viņi bija vietējie. (Elliss ir no Teksasas, kur dzīvo kubietis.)

Kopš infūzijas Relativitāte ir pielikusi kāju uz gāzes. Pagājušajā gadā tas ir pieaudzis no 14 cilvēkiem līdz vairāk nekā 80. Tagad komandā ir Tims Buza, viens no pirmajiem SpaceX darbiniekiem un bijušais palaišanas viceprezidents gan SpaceX, gan Virgin Orbit, un Deivids Gigers, 12 gadus vecs SpaceX darbinieks, kurš strādāja par uzņēmuma Dragon kapsulas inženierzinātņu vecāko direktoru.

Cilvēki joprojām strādā ar Relativity’s Stargate printeriem — pagaidām jebkurā gadījumā. Deimons Kasaress

Es negribu līt Tima parādē. Es novēlu viņam visu to labāko, taču no inženierzinātņu viedokļa mums tas nav jēgas.

Šķiet, ka Elisam, vadošajam personālam darbā un kapitāla piesaistīšanai, nav problēmu iekarot cilvēkus visos līmeņos. Viņam ir vieta Baltā nama Nacionālās kosmosa padomes lietotāju konsultatīvajā grupā, un līgumi un nauda ieplūst uzņēmumā. Relativitāte ir noslēgusi 35 miljonu ASV dolāru sērijas B finansējuma kārtu, panākusi vienošanos ar NASA, lai pārbaudītu tās dzinējus Stennis kosmosa centrā Misisipi štatā (tajā pašā objektā, kur galu galā nonāks tās autonomā rūpnīca), un saņēmusi atļauju palaist vienā no visvairāk. konkurētspējīgas palaišanas vietas pasaulē: Floridas Kanaverala rags.

Šis pēdējais apvērsums, par kuru tika paziņots janvārī, savieno Terran 1, lai palaistu no svētītā palaišanas kompleksa 16, kurā savulaik notika Titan raķešu palaišanas, Apollo programmas un Gemini programmas. Šādas augsta līmeņa darbības ir piespiedušas Relativity vārdu iekļaut sarunās par tādiem uzņēmumiem kā SpaceX, Blue Origin un United Launch Alliance, kas iepriekš bija vienīgie trīs tērpi, kuriem bija atļauja pacelties no Kanaveralas zemesraga.

Raķetes drukāšana nozīmē testa sekciju izgatavošanu, sagriešanu gabalos un vēl kādu testēšanu. Vai mēs pieminējām testēšanu? Deimons Kasaress

Drukāšana sākas

Relativitāte ne tuvu nav vienīgā, kas cer, ka 3D drukāšana to virzīs uz kosmosa lidojumu eliti. Jaunuzņēmumi, tostarp Virgin Orbit, Firefly un Electron, visi cīnās, lai pierādītu, ka viņiem, tāpat kā Rocket Lab, ir viss, kas nepieciešams mazu satelītu palaišanai kosmosā. Pat tādi uzņēmumi kā Aerojet Rocketdyne cenšas pierādīt, ka 3D drukāšana ir līdzvērtīga tradicionālajām ražošanas metodēm vai pat uzticamāka par tām.

Bet neviens netiecas uz to tik grūti un ātri kā Relativitāte. Aerojet ražo dzinējus valdības līgumiem un cilvēka novērtētām raķetēm, piemēram, NASA kosmosa palaišanas sistēmai, kurām ir jābūt īpaši konsekventām un uzticamām. Uzņēmums saka, ka vairāk nekā 60% no tā pētniecības un izstrādes 3D drukāšanai ir bijuši tikai dažādu materiālu ķīmisko un strukturālo īpašību datu bāzes izveidošana. Citi var to pārlaist, un tās ir viņu tiesības to darīt, pieņemot risku, saka Džefs Heiness, Aerojet progresīvo programmu vecākais vadītājs.

Turpretī Relativitātē, ja mēs uzliekam uz testa stenda pilnībā nodrukātu dzinēju, veiksmīgi to iedarbinām un pēc tam lidojam, tas mums ir veiksme, saka Noone. Jūs varētu uzrakstīt simtiem lappušu specifikācijas, norādot, kā tur nokļūt un kā to izgatavot, taču mums ir savi veidi, kā to izdarīt. Es nevēlētos, lai mani uztraukties ar specifikācijas izveidi, nevis vienkārši kaut ko mēģinātu un pierādītu, ka tas darbojas.

Šāda ātra kustība un sagraušanas mentalitāte vairumam raķešu dizaineru radītu daudz bezmiega nakšu. Virgin Orbit, Relativity’s konkurents, savā pirmajā LauncherOne raķetē ir ar piedevām ražotas detaļas, taču uzņēmums labprāt izmanto modernās tehnoloģijas. LauncherOne transportlīdzekļu dzinējs šobrīd izmanto ļoti uzticamas ražošanas metodes, kuras NASA ir pierādījusi kopš 50. un 60. gadiem, jo ​​[prioritāte] pirmreizējiem transportlīdzekļiem ir uzticamība, saka Virgin Orbit progresīvās ražošanas vadītājs Kevins Zagorskis.

Pārējie uzņēmumi, kas dod iespēju piedevu ražošanai, pāriet no Džefa Bezosa uzņēmuma Blue Origin, kur Eliss vienā no trim prakses vietām iegādājās uzņēmuma pirmo metāla 3D printeri, līdz Launcher, nelielam jaunuzņēmumam, kas apgalvoja, ka ir izveidojis pasaulē lielākais 3D drukāts raķešu dzinējs. 3D drukāšanas ringā ir iekļuvuši arī tādi smagi slepkavas kā SpaceX, NASA, Rocket Lab, United Launch Alliance un ArianeGroup.

Vairums no šīm organizācijām šīs tehnikas izmantošanas iemesliem ir divi: jūs varat izveidot kaut ko, izmantojot mazāk detaļu, un ātrāk pielāgot dizainu. Sākotnēji Rocket Lab's Beck redzēja, ka piedevu ražošana ieguva sliktu reputāciju, jo tā netika izmantota efektīvi. Kāds paņemtu subtraktīvi ražotu [t.i., mehāniski apstrādātu] komponentu un mēģinātu to izdrukāt 3D formātā. Viņš saka, ka tas izrādītos dārgāk un laikietilpīgāk. Taču, tāpat kā jebkura jauna tehnoloģija, tas viss ir saistīts ar procesa izstrādi. Ja 3D drukātās detaļas patiešām izceļas, jums ir ļoti liela sarežģītība un jūs apvienojat daudzas daļas vienā.

Savukārt Relativity lepojas ar to, ka Terran 1 būs tikai simtdaļu vairāk detaļu nekā standarta raķetei. Tā dzinējs Aeon 1 ir izgatavots tikai no trim kopā savienotām daļām.

Tomēr ir grūti noteikt, cik daudz tas ir PR triks. Paziņojums, ka esat izveidojis pirmo, ir vilinoši, īpaši maziem jaunizveidotiem uzņēmumiem. Piemēram, Relativitāte apgalvo, ka ir izveidojusi lielāko metāla 3D printeri, tāpat kā Sciaky un Titomic, divi rūpnieciskās aparatūras uzņēmumi, kas nenodarbojas ar kosmosa biznesu. Ikviens vēlas mēģināt atšķirt un atrast dažus virsrakstus, saka Beks. Ja kāds vēlas runāt par kaut ko 3D drukāšanu, tad labi, bet tas ir nedaudz uzjautrinoši.

Pat ja visas raķetes 3D drukāšana nav praktiska, esmu patiešām pārliecināts, ka jebkurā gadījumā tas radīs noderīgus ieguvumus, saka Dens Ervins, Dienvidkalifornijas universitātes astronautikas inženierijas vadītājs. Ervins vadīja USC raķešu laboratoriju, kad Eliss un Nūns tur mācījās, bet kopš tā laika ar viņiem nav strādājis. Man ir intuīcija, ka šī ir viena no lietām, “ja tu to uzcelsi, tās nāks”, viņš saka. Neatkarīgi no tā, vai Relativitāte līdz nākamajam gadam palaidīs raķeti, tā liek lēni kustīgai nozarei tuvāk aplūkot un, iespējams, uzlabot tehnoloģiju, kas izmanto ārpus kosmosa lidojumu. Gala rezultāts varētu būt nekas vairāk kā jauna veida printeri. Vai arī tā varētu būt uz Marsu vērsta raķete, kas mums visiem ir apsolīta. Dzīve ir pārāk īsa, lai gaidītu, kad nākotne notiks ātrāk, saka Eliss. Mums tas būtu jāizveido.

paslēpties