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.

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.

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.

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.

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. 

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 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.

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. 

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.

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