Как Relativity Space печатает ракеты на 3D-принтере

Компания Relativity Space печатает металлическую космическую ракету на 3D-принтере, который изобрела специально для этой цели. Почти всю: печатается 95%, а оставшиеся 5% приходятся на электронику, уплотнители и некоторые другие элементы. У 3D-печати немало достоинств. Она дешевле. Она быстрее. Она делается на месте, не надо ждать, пока привезут детали с другого завода. Она прочнее: меньше мест скрепления деталей. «У «Шаттла» было 2,5 млн деталей, – говорит один из основателей Relativity Space – Тим Эллис. – По нашим прикидкам, SpaceX и Blue Origin сократили это количество до 100 000 на ракету. У нас тысяча – меньше, чем в вашем автомобиле».

3D-печать используют многие космические компании, но только для отдельных узлов. Скептики настаивают, что никто не знает, как поведет себя напечатанная ракета при взлете и в космосе. Пока первая ракета стартапа – Terran 1 успешно прошла все наземные испытания. Первый экземпляр для настоящего полета собирают не торопясь и тщательно проверяя. Сейчас он готов на 85%. Испытательный полет запланирован на конец этого года. Но инвесторы верят в идею. В ноябре прошлого года Relativity Space завершила раунд финансирования серии и привлекла $500 млн. После чего, по данным исследовательской компании Pitchbook, с оценкой всего бизнеса в $2,3 млрд Relativity Space стала второй по стоимости космической компанией в мире, финансируемой венчурным капиталом. На 1-м месте, естественно, SpaceX (правда, Pitchbook не включает в рейтинг Blue Origin, который полностью финансирует Джефф Безос).

С тех пор Relativity Space провела еще один раунд, на котором ей удалось привлечь $650 млн, исходя из оценки всей компании в $4,2 млрд. Эти деньги пойдут на создание новой ракеты Terran R – более тяжелой и – в отличие от первой – многоразовой. Ведь конкуренты не дремлют. Relativity Space только одна из десятка с лишним ракетных компаний, созданных за последние 10 лет.

Эллис родился в 1990 г. в Техасе. Он старший из троих детей отца-архитектора и матери-стоматолога. В детстве Эллис увлекался Lego и уговорил родителей купить около 200 наборов. Инструкции от них он сразу выбрасывал и собирал придуманные им самим космические корабли. До сих пор большой палец правой руки у него в спокойном состоянии выгнут назад больше, чем левый – Эллис уверял Los Angeles Times, что это в результате долгих часов, когда он собирал и разбирал детали конструктора.

Когда Эллис стал старше, он стал снимать с друзьями любительские фильмы – в основном боевики, где героям часто противостояли зомби. В Университет Южной Калифорнии он поступил, чтобы стать сценаристом. Но уже на первом курсе увлекся профессией аэрокосмического инженера и вступил в Rocket Propulsion Lab при университете, которая занималась разработкой ракет.

Университет Южной Калифорнии известен своей космической программой. Среди его выпускников – командир «Аполлона-11» Нил Армстронг, астронавт и экс-глава НАСА Чарльз Болден, председатель подкомитета по космосу и воздухоплаванию палаты представителей Дейна Рорабейкер. Здесь есть несколько лабораторий, где студенты создают настоящие ракеты и спутники. «Я был поражен, – вспоминал Эллис в интервью сайту университета о том, как впервые отправился на испытания спроектированного и построенного им с товарищами ракетного двигателя в пустыне Мохаве. – Я всегда советую студентам: принимайте участие в практических занятиях. Так вы поймете, зачем вам изучать то или иное дифференциальное уравнение, схему или строчку кода».

Они хотели стать первой студенческой группой, запустившей ракету в космос. Но, проведя десятки успешных запусков, так и не добились даже суборбитального полета – это сделали их преемники в 2019 г., разработав более мощные двигатели.

В Rocket Propulsion Lab Эллис познакомился и подружился с однокурсником – Джорданом Нуном. Потом их пути на некоторое время разошлись. Нун отправился в SpaceX, где работал в том числе над кораблем Dragon 2. В системе аварийного спасения у него используется двигатель SuperDraco, напечатанный на 3D-принтере.

Эллис три лета стажировался в Blue Origin Безоса, а после получения диплома его приняли туда на полную ставку. Он убедил Безоса, что нужно создать подразделение по трехмерной печати на металле (ею к тому времени занимались многие конкуренты, включая Boeing). Он же и создал его с нуля. Традиционный способ производства деталей – вытачивание на токарном станке, штамповка или литье с помощью формы. При трехмерной печати роботизированные манипуляторы накладывают слой за слоем расплавленный металл. У напечатанной ракеты меньше деталей, а следовательно, мест их соединения с помощью сварки, заклепок и т. д., а значит, меньше уязвимых мест. Скептики возражают, что при обнаружении дефектов приходится списывать в брак всю деталь и начинать ее изготовление заново. Но Эллис уверяет, что Relativity Space разработала способ, как перезапускать процесс печати с нужного места. «Печать ракет на 3D-принтере – это будущее ракетостроения и освоения космоса», – сказал он журналу Inc.

Эллис и Нун часто созванивались и говорили про ракеты, хотя работали в разных космических компаниях. Они составили примерную структуру расходов, чтобы понять, почему ракеты такие дорогие. «От 80 до 90% уходит на оплату труда», – говорил Нун Bloomberg. 3D-печать позволяет резко сократить эти расходы.

Как-то Эллис обронил, что собирается основать стартап для трехмерной печати целых ракет. Позже он признался Inc., что пытался уговорить Безоса печатать больше деталей для ракеты, но его предложения так и не были полностью реализованы. Тогда он решил сам заняться ракетостроением. Нуну идея понравилась. Оба уволились в декабре 2015 г., чтобы создать стартап Relativity Space.

«Я никогда не видел, чтобы он опускал руки, сдавался или не смог бы решить проблему, даже по-настоящему сложную, – говорил Эллис о Нуне Los Angeles Times. – Я знал, что перед нашим стартапом встанет множество проблем, и он был подходящим человеком, чтобы заставить все работать». А Нун отметил: «Я силен в технических и практических аспектах, а Эллис – в творческом мышлении и нестандартных решениях».

Первые деньги Relativity Space получила от венчурного инвестора Марка Кьюбана. Эллис и Нун предприняли около 20 попыток угадать адрес электронной почты Кьюбана, так как он предпочитал переписку другим формам общения. Часть писем вернулась с пометкой, что такого адреса не существует, часть попала к другим людям. Но один из адресов оказался подобран верно, и письмо с заголовком «Космос – это сексуально: трехмерная печать целой ракеты» было прочитано Кьюбаном. Эллис и Нун просили $100 000. Кьюбан через пять минут переписки с ними согласился вложить $500 000 (правда, пришлось подождать два месяца, пока шла проверка, не мошенники ли они). «Они умны, изобретательны, целеустремленны и всегда учатся, – написал Кьюбан в электронном письме The Times. – Это как раз те черты, которые я ищу в новаторах».

Сначала стартапу надо было создать огромный трехмерный принтер – на рынке не было моделей, подходящих для их целей. На это было положено немало сил. Зато сейчас принтер последнего поколения способен напечатать деталь высотой до 32 футов (почти 10 м), при том что высота ракеты Terran 1 – 115 футов (35 м). Эллис и Нун говорят, что, если даже затея с ракетой не удастся, они всегда смогут заработать на продаже промышленных 3D-принтеров.

Созданный на деньги Кьюбана первый принтер мог печатать детали вдвое меньшего размера, чем последнего поколения. Но напечатанный на нем действующий ракетный двигатель произвел впечатление на инвесторов. Сначала они вложили в стартап почти $10 млн, потом еще $35 млн, а в октябре 2019 г. – еще $140 млн. На этом Эллис и Нун планировали остановиться. Они не хотели размывать свою долю, а собранных средств должно было хватить на время до первого коммерческого запуска, если работать без спешки. Но в ноябре 2020 г. был проведен очередной раунд финансирования на $500 млн. Как объяснил Эллис CNBC, «необходимо ускорить развитие и масштабирование проекта». Летом того года стартап переехал в новую штаб-квартиру в Лонг-Бич (Калифорния) площадью 11 000 кв. м, где будет площадка для производства ракет (самое главное, что туда влезал по высоте их новый принтер). За прошедшие полтора года компания более чем удвоила число сотрудников. Сейчас у нее 400 с лишним человек и планируется нанять в этом году еще 200.

Эллис рассказывал Inc., что у них уже есть контракты на запуск на $1 млрд от правительственных и коммерческих структур. Terran 1 может нести до 1250 кг полезной нагрузки. Это меньше, чем Falcon 9 от SpaceX, но больше, чем у Electron производства компании Rocket Lab. Relativity Space нацелилась на нишу спутников среднего размера, примерно как автомобиль, сказал Эллис. Ее конкуренты – российский «Союз-2-1В» и европейская «Вега». Или тот же Electron, если Terran 1 выводит сразу несколько небольших спутников.

Стоимость запуска Terran 1 – $12 млн, т. е. чуть меньше $10 000 за 1 кг. В прошлом году гендиректор «Роскосмоса» Дмитрий Рогозин объявил о снижении цены на пусковые услуги для ряда спутников более чем на 30% до уровня SpaceX: до $15 000–17 000 за 1 кг вместо $20 000–30 000.

Конкурентное преимущество Relativity Space не только в стоимости, но и в том, что она может напечатать ракету под требования заказчика, изменяя и диаметр ракеты, и форму обтекателя под спутник – конечно, в дозволенных аэродинамикой пределах, объяснял Forbes. Причем она способна сделать это быстро. Когда технология будет проверена на практике, Relativity Space собирается печатать ракету за 30 дней и еще 30 дней отводит на предстартовые испытания, рассказывал Эллис журналу Scientific American. По его словам, на постройку обычной ракеты даже у SpaceX уходит от 12 до 18 месяцев. Но Маск утверждает, что его многоразовая ракета готова к новому полету через 51 день после предыдущего запуска.

Поэтому в июне Relativity Space привлекла от инвесторов еще $650 млн, чтобы ускорить разработку собственной многоразовой ракеты Terran R (конечно, тоже почти полностью напечатанную на принтере). Ее первый запуск запланирован на 2024 г. Она будет крупнее первой – высотой 216 футов (66 м) и рассчитана на 20 т полезной нагрузки.

Для Эллиса и Нуна главное, что этот проект – еще один шаг к межпланетным перелетам. Маск ищет способ доставить на Марс колонистов, а Эллис и Нун надеются, что помогут им обустроиться на Красной планете. «Если вы верите – а я верю, – что Илон [Маск] и НАСА отправят людей на Марс, то <...> им понадобится целая куча вещей», – говорил Эллис CNBC. «Наши принтеры сокращают количество инфраструктуры, которую необходимо будет доставить с Земли на Марс, чтобы создать там колонию, – объяснял Нун Inc. – Традиционно нужно отправлять тонны оборудования для завода, который сможет производить заводы, которые, в свою очередь, будут выпускать автомобили, дома, склады… В нашем видении будущего вы просто отправляете на Марс 3D-принтер, который с помощью марсианского сырья печатает все это». В выступлении перед студентами своей альма-матер Эллис добавлял: «Мы собираемся напечатать на 3D-принтере первую ракету made in Mars <...> Я не вижу будущего лет через 50, в котором ракеты не будут печататься 3D. Иное просто бессмысленно, потому что печать намного проще и дешевле».