3D-печать и ракеты: краткая история Relativity Space

2В закладки

Это статья о маленькой компании с большим будущим

Начало

Всемирно известная космическая компания SpaceX — детище Илона Маска — ставит своей задачей отправку людей на Красную планету с целью её дальнейшей колонизации. Blue Origin, которая основана самым богатым человеком в мире — Джеффом Безосом, стремится к освоению Луны. Да и NASA старается не отставать от трендов, разрабатывая сверхтяжёлую ракету-носитель SLS и космический корабль Orion для межпланетных перелётов.

Если в наше время речь заходит о создании ракет, то эти два человека всегда находятся в центре внимания. В представлении, я надеюсь, не нуждаются.

Компания Relativity Space впервые вышла на тропу освоения космоса в 2015-м году. С весьма амбициозными целями, надо сказать. Ибо в ракетостроительной индустрии никто раньше не заикался об использовании 3D-печати в предлагаемых компанией масштабах. Создавать 95 процентов ракеты с помощью аддитивных технологий — звучит очень круто. И за четыре года существования Relativity Space кое-чего добилась: полностью напечатала топливный бак для своей будущей ракеты и провела более двухсот огневых испытаний своего двигателя, также созданного с помощью 3D-печати.

Основатели компании — Тим Эллис и Джордан Нун — встретились в Лаборатории реактивного движения Университета Южной Калифорнии. И в какой-то момент их пути разошлись. Тим пошёл работать в Blue Origin — там он прошёл стажировку, прежде чем устроиться на полный рабочий день. Он помогал компании во внедрении программы аддитивного производства ракетных компонентов.

Тим Эллис — генеральный директор Relativity Space

Джордан также проходил стажировку в Blue Origin (в то время как Тим уже работал там ). А в итоге стал участником команды разработчиков космического корабля Dragon компании SpaceX.

Джордан Нун — технический директор Relativity Space

Но ребята оставались на связи друг с другом, объединённые общей целью — созданием быстрой и дешёвой системы производства ракет. И только в декабре 2015 года Тим Эллис и Джордан Нун вновь собрались вместе, чтобы создать собственную компанию — Relativity Space.

Если человечество собирается колонизировать другие миры, то 3D-печать — это его единственный выход в производстве различного рода инструментов и запасных частей. Это неизбежно. 

Тим Эллис изданию Business Insider

Почему 3D-печать?

Эллис отмечает, что на самом деле большинство компаний, работающих в сфере освоения космоса, пока только погружаются в новые технологии. Они используют 3D-печать для создания небольших компонентов ракеты, дабы затем произвести их сборку. Так огромная масса деталей превращается в упорядоченное устройство — ракету-носитель. Есть только одна проблема: при таком подходе оказывается, что современные ракеты состоят почти из сотни тысяч деталей.

Ни одна компания-производитель не внедрила никаких инновационных решений для борьбы с фундаментальными проблемами производства, с которыми отрасль сталкивается в течение последних 50 лет.

3D-печать сокращает затраты на разработку и оптимизацию деталей. Компоненты вроде болтов, гаек и шайб можно исключить из производственной цепочки. Применение аддитивных технологий, по оценкам компании, может сократить количество деталей в ракете со ста до пяти тысяч. И это здорово повлияет на надёжность ракеты, так как с уменьшением количества деталей уменьшается и вероятность выхода какого-либо компонента из строя — проходящие процессы будет проще контролировать. Применяя 3D-печать в производстве своих ракет, Relativity надеется выйти на производство одной ракеты раз в 60 дней. Согласитесь — это намного меньше, чем те 12-18 месяцев, которые нам предлагают традиционные методы производства.

Офис компании в Лос-Анджелесе

Не все убеждены в том, что подход Relativity к ракетостроению — это лучший и единственный путь в космос. Макс Хаот, генеральный директор компании Launcher Space, которая использует 3D-печать в создании собственных двигателей, отмечает: 

В ракетостроительной отрасли все компании пытаются внедрить аддитивные технологии в цепочку производства как можно быстрее. Особенно это заметно в производстве двигателей. Но если не брать во внимание двигатели и посмотреть на остальные части ракеты: действительно ли у 3D-печати есть какое-то огромное преимущество в производстве, например, алюминиевых топливных баков, в сравнении с традиционными методами их изготовления? Мы так не думаем, но хотим взглянуть на то, что получится у этих ребят.

Но Relativity Space непреклонна. Широкое применение аддитивных технологий — это изюминка компании. И поверьте — у них есть кое-что действительно особенное.

По нашим оценкам доля деталей, произведённых другими компаниями с помощью методов 3D-печати составляет порядка одного процента. Мы рассчитываем производить 95 процентов деталей для нашей ракеты с помощью аддитивных технологий к концу 2020-го года. 

Тим Эллис изданию Business Insider

Звёздные врата

Основа производства Relativity Space — 3D-принтер Stargate. Это самый большой 3D-принтер для печати металлом в мире. С его помощью компания стремится полностью переосмыслить производственно-сбытовую цепочку в ракетостроении — ту, что не менялась последние полвека. 

Stargate поменьше

Relativity использует два таких принтера — Stargate первого и второго поколения. Их отличия состоят в количестве манипуляторов и размерах. У принтера первого поколения три манипулятора, а сам принтер имеет возможность печатать конструкции высотой до 4,5 метров в высоту, в то время как у второго — два манипулятора и возможность печатать конструкции до 9 метров в высоту. Но это искусственный предел, так как принтер ограничен размерами здания. 

Stargate побольше

Stargate будут производить около 95 процентов первой ракеты Relativity, получившей название Terran-1. Единственными компонентами, которые не будут напечатаны, будут электроника, провода, несколько подвижных частей и резиновые прокладки.

Тим отмечает, что камеры, датчики и передовое программное обеспечение Stargate делают принтер более интеллектуальным, чем всё что мы ранее видели на рынке аддитивных технологий. Звёздные врата могут изучать свою собственную работу, обнаруживать недостатки и таким образом обучаться тому, как печатать более сложные детали быстрее.

Но Stargate хороши только в деле создания крупномасштабных конструкций. А что насчёт деталей поменьше? Здесь Relativity использует классические коммерчески доступные 3D-принтеры, которыми пользуются и другие космические компании. Эти аппараты очень хороши в производстве двигателей. О двигателях и поговорим. 

AEON

Тип 3D-печати, которая используется в создании двигателей, называется лазерным спеканием. Система использует лазерные лучи для склеивания порошкового металла в точные и сложные структуры слой за слоем. Используя эту технологию Relativity хочет значительно уменьшить сложность и повысить надёжность конструкции. И одно из главных достижений компании — создание с помощью этих методов собственного двигателя под названием Aeon.

Изначально каждый двигатель Aeon представляет собой никелевый сплав в порошкообразной форме


В течение нескольких дней лазеры спекают порошок в такие формы, какие было бы очень трудно, если не невозможно, создать с помощью литья


Результат работы принтера — единая деталь. Для создания аналогичной конструкции более традиционными методами может потребоваться сварка сотен деталей вместе с использованием бесчисленных болтов, гаек и других крепежных элементов. И месяцы усилий, разумеется.

Aeon демонстрирует, что экспериментальный ракетный двигатель можно собрать всего за несколько дней. По сути, конструкция состоит из нескольких основных частей — нет необходимости собирать вместе две тысячи разных деталей от разных поставщиков. И похоже на то, что пока это работает. Первая версия двигателя была разработана, собрана и испытана в течение полугода после получения компанией первых финансовых средств. В ракетостроительной индустрии — это очень быстро!

 

Aeon прошёл более двухсот огневых испытаний. Двигатель работает по схеме открытого цикла с фазовым переходом. В качестве топлива используется пара «жидкий метан — жидкий кислород». Его тяга — 8,8 тонн, а удельный импульс составляет более 360 секунд (в модификации для работы в вакууме).

Вещи, напечатанные на 3D-принтере выглядят более органично. Они очень похожи на то, что сделала природа.

Тим Эллис изданию Business Insider

Terran-1

Terran-1 — основная разрабатываемая Relativity Space ракета-носитель. Она имеет в высоту чуть более 28 метров, а в диаметре — чуть более двух. Вышеупомянутые двигатели будут использоваться на ракете в количестве 10 штук. Девять двигателей будут установлены на первой ступени по схеме «octoweb» (эту же схему используют в SpaceX и Rocket Lab) с возможностью выдавать тягу почти в 80 тонн. Один модифицированный для работы в вакууме двигатель будет располагаться на второй ступени, выдавая тягу в 8,8 тонн.

Terran-1 будет способна к выведению на низкую околоземную орбиту грузов массой до 1250 килограмм. С солнечно-синхронной орбитой всё чуть скромнее: 900 килограмм на высоту в 500 километров и 700 килограмм на высоту в 1200 километров. 

Relativity оценивает возможности ракеты в 10 миллионов долларов за запуск — но это в любом случае меньше, чем 15000 долларов за килограмм полезной нагрузки. Не так уж и плохо, а?

Где всё это происходит?

Головной офис компании, также как и производственные мощности, находится в Лос-Анджелесе. У Relativity более 26000 квадратных метров рабочего пространства и 110 сотрудников. Программа испытаний ракетных двигателей компании проходит в комплексах E3 и Е4 Космического центра имени Джона Стенниса, в штате Миссисипи, на границе с Луизианой. Там же компания отдельно тестирует турбонасосные агрегаты. 

Стенд для огневых испытаний двигателей

В этом году компания подписала соглашение с ВВС США. Теперь она будет иметь возможность запускать спутники с мыса Канаверал — со стартового комплекса LC-16, в соседстве с такими ребятами, как SpaceX, ULA и Blue Origin. Relativity ищет возможности и для запусков из Калифорнии.

Испытательный комплекс

В плане инфраструктуры компании также есть куда расти — её целью является создание автоматического завода для производства ракет. Завод будет располагаться в здании 9101 — всё там же, в Космическом центре имени Джона Стенниса, в паре километров от испытательных полигонов. Эта постройка имеет площадь 20448 квадратных метров. К ней прилагаются несколько мостовых кранов, которые будут полезны для перемещения крупных частей ракет, а также 25-метровый отсек для вертикальной сборки.

С точки зрения финансов

В период между 2015-м и 2017-м годами Relativity Space смогла привлечь 10 миллионов долларов. Затем, в 2018-м году, в компанию было вложено ещё 35 миллионов долларов. А совсем недавно Relativity Space смогла заполучить довольно серьёзную сумму в 140 миллионов долларов!  Этот раунд финансирования привлёк множество инвесторов: от крупных компаний, вроде Bond и Tribe Capital, до знаменитых людей, вроде бывшего руководителя Disney Майкла Овитца и артиста Джареда Лето. 

На самом деле он очень известный технологический инвестор. Джаред вкладывал средства во многие интересные компании.

Тим Эллис о Джареде Лето

Также компания подписывает контракты с различными коммерческими организациями, в числе которых уже находятся производитель спутников и оператор спутниковой связи Telesat, организатор запусков Spaceflight, компания muSpace из Таиланда, а также стартап Михаила Кокорича под названием Momentus Space.

Благодаря последнему раунду финансирования Relativity получает возможность полностью завершить разработку Terran-1. А это значит, что у нас есть большой шанс на то, чтобы увидеть пуск этой ракеты уже в 2021-м году.

Что дальше?

Ближайшая цель компании — сосредоточиться на спутниках среднего и малого размеров, запуск которых будет обходиться слишком дорого с использованием тяжёлых ракет. Но в чуть более отдалённом будущем компания видит себя поставщиком услуг грузоперевозок — как того хотят SpaceX и Blue Origin. Всё, что компания делает на данный момент — лишь прелюдия к её истинной миссии. Речь идёт о создании скоростного и масштабируемого производства ракет-носителей. На Марсе.

Тим Эллис представляет себе роботизированные фабрики, которые отправляются в другой мир, чтобы печатать там всё что угодно — от компонентов ракеты до человеческих жилищ.

Что вам понадобится, если вы попадёте на другую планету? Я считаю, что космическим компаниям стоит задуматься над этим вопросом. Я бы хотел отправить роботизированную фабрику на Марс. Хотел бы выяснить, можно ли её будет масштабировать и можно ли будет с её помощью поддерживать колонистов.

И как только Relativity Space полностью соберёт свою ракету, она будет готова отправить её на стартовый комплекс LC-16 в Космическом центре имени Кеннеди. Первый полёт Terran-1 — ракеты, практически полностью созданной с помощью 3D-печати — станет новым этапом в освоении космоса. Но для Relativity это будет лишь начало долгого путешествия на Марс.

При составлении статьи были использованы материалы:

  1. Business Insider (раз и два)
  2. TechCrunch
  3. NASASpaceFlight
  4. 3DPrintingIndustry
  5. Wired
  6. Официального сайта компании Relativity Space

От переводчика:

Если вы хотите больше знать о компаниях вроде Relativity Space – добро пожаловать в Telegram-канал NewSpace Times. Ежедневные новости из мира частной космонавтики вам обеспечены!

Для тех, кто хочет почитать ещё кое-что о молодых космических компаниях, оставляю несколько ссылок на любопытные материалы:

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

44
Войдите, чтобы видеть ещё 62 комментария, участвовать в обсуждении и не видеть рекламу.
Юрий Г.
Вечность назад

Добра робота! Лаконічна і докладна одночасно. Аргументація 3-Д принтерників переконлива. Дійсно, давно відома максима "Ідеальний механізм не повинен мати рухомих деталей". Космічної техніки це стосується в першу чергу. І тим більше, розумної альтернативи принтінгу не існуватиме у виробничих циклах колоній. Ці хлопці вхопили бога кон'юнктури за бороду. І нехай їм щастить

Алиса Селезнёва
Вечность назад

Читая о частных компаниях, всегда задумываюсь: а доживут ли конкретно эти до "живых" пусков и налаженного процесса? Хочется, чтобы дожили. Спасибо за материал, Марк!

Грустный Илон
Вечность назад

Комментарии автора удалены по его просьбе

Показать скрытые комментарии

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

Отправить Отмена
[X]
Если не получается зайти отсюда, попробуйте по ссылке.