Wird Relativity Aerospace das nächste SpaceX?

Obwohl die Terran-1-Rakete bei ihrem Erstflug scheiterte, konnte Relativity Aerospace die Machbarkeit des Einsatzes der 3D-Drucktechnologie für große Raketenstrukturen erfolgreich nachweisen. Diese Untergrabung des bisherigen Fertigungsmodells, gepaart mit dem Plan für die erste Stufe einer wiederverwendbaren Terran-R-Rakete und der Vision und dem Ziel, den Mars zu besiedeln, hat Relativity Aerospace als Unternehmen mit starkem Entdeckergeist und innovativer Vitalität zunehmend in den Fokus der Aufmerksamkeit gerückt.

Die Besten unter den kleinen Raketen-Startups

Relativity Aerospace wurde 2015 von Tim Ellis und Jordan Noone mitgegründet, die als CEO bzw. CTO des Unternehmens fungieren. Die beiden lernten sich im College kennen und arbeiteten später bei Blue Origin bzw. SpaceX. Während ihrer Arbeit entdeckten sie die Engpässe der traditionellen Fertigung und das Potenzial neuer Technologien wie 3D-Druck und Automatisierung und beschlossen schließlich, Relativity Aerospace zu gründen. Ähnlich wie SpaceX hofft Relativity Aerospace, seine Vision einer Besiedlung des Mars durch den Einsatz von 3D-gedruckten Trägerraketen und auf 3D-Drucktechnologie basierenden Fertigungslösungen vor Ort auf dem Mars zu verwirklichen.

Konzeptbild des Wurmloch-Hauptquartiers

Relativity Aerospace hat seinen Hauptsitz in Long Beach, Kalifornien, USA, und verwendet einen Namen mit deutlichem Science-Fiction-Touch: „The Wormhole“. Die Anlage war früher Boeings Produktionsstätte für das Transportflugzeug C-17 und erstreckt sich über eine Fläche von etwa 1 Million Quadratmetern. Nach der Renovierung durch Relativity Aerospace wird die Anlage ein metallurgisches Labor, einen Pulverbettfusionsdrucker, ein Missionskontrollzentrum und Dutzende von „Stargate“-Druckern umfassen, die alle zur Unterstützung der Entwicklung und Produktion der Terran-R-Rakete eingesetzt werden. Darüber hinaus verfügt das Unternehmen über eine ausgereifte Fabrik zur Herstellung von Terran-1-Raketen mit dem Codenamen „Portal“ in Long Beach, hat relativ vollständige Einrichtungen zur Herstellung und Erprobung von Triebwerken im Stennis Space Center der NASA und baut diese aus. Zudem hat es vom US-Militär das Recht erhalten, Startplätze an der Ost- und Westküste der Vereinigten Staaten zu nutzen. Die oben genannten Einrichtungen können das Unternehmen bei der Durchführung des gesamten Geschäftsumfangs von der Raketenentwicklung bis zu Startdiensten unterstützen.

Bis Anfang 2023 hat Relativity Aerospace acht Finanzierungsrunden abgeschlossen, an denen sich insgesamt 54 Unternehmen beteiligten und deren Gesamtfinanzierungsbetrag 1,3 Milliarden US-Dollar betrug. Insbesondere nach der Ankündigung der wiederverwendeten Rakete Terran-R im Jahr 2021 erhielt das Unternehmen in der E-Finanzierungsrunde 650 Millionen US-Dollar und die Bewertung des Unternehmens erreichte 4,2 Milliarden US-Dollar. Im Vergleich zu kleinen Raketen-Startups wie Rocket Lab, Virgin Orbit, Astra, Firefly Aerospace und ABL war der Erstflug zwar später, aber da die Raketen des Unternehmens vollständig auf 3D-Drucktechnologie basieren und eine wiederverwendbare Terran-R-Rakete für die erste Stufe vorgeschlagen wurde, ist die Lösung innovativer und hat die großartige Vision einer Besiedlung des Mars. Daher wird es von Kapital stärker bevorzugt und ist das kleine Raketen-Startup mit der höchsten Finanzierungssumme geworden. Es ist außerdem das Raketenunternehmen mit der höchsten Finanzierung, abgesehen von SpaceX.

Die rasante Entwicklung von Relativity Aerospace hat viel mit dem Investitionsumfeld in den USA zu tun, das es Unternehmen ermöglicht, Risiken einzugehen und Innovationen einzuführen. In einem Bericht im Februar erwähnte die Financial Times die Unterschiede zwischen Risikokapital in den Vereinigten Staaten und Europa: Die Risikokapitalbasis in den Vereinigten Staaten ist groß und tendiert eher zur „Vermögensbildung“ (Wealth Creation), während die Risikokapitalbasis in Europa relativ klein ist und eher zur „Vermögenserhaltung“ (Wealth Preservation) tendiert. Daher sind amerikanische Risikokapitalgeber eher bereit, in technologische Innovationen mit hohem Risiko und hoher Rendite (wie etwa die Raketenentwicklung) zu investieren.

Die Kapazitäten für Grundlagenforschung und -entwicklung wurden gestärkt und verbessert

Vor dem Hintergrund der Förderung der Entwicklung der kommerziellen Raumfahrt durch die US-Regierung hat Relativity Aerospace seine Kapazitäten in der Grundlagenforschung und -entwicklung mit Hilfe des Militärs und der NASA erheblich ausgebaut.

Das Militär stellte Relativity Space die Startanlage zur Verfügung. Im Januar 2019 schloss Relativity Aerospace mit der US Air Force einen fünfjährigen Nutzungsvertrag über die Modifizierung und Nutzung des Startplatzes LC-16 in Cape Canaveral für den Start der Terran-1-Rakete ab. Die Air Force gab dem Unternehmen zudem Garantien für die grundlegende Startplatzfähigkeit. Im Jahr 2020 erhielt Relativity Aerospace von der Air Force das Recht, die B330-Anlage auf der Vandenberg Space Force Base an der Westküste der Vereinigten Staaten für zukünftige Startmissionen in sonnensynchrone Umlaufbahnen (SSO) zu nutzen. Derzeit hat Relativity Aerospace die LC-16-Station für den Start der Terran-1-Rakete verbessert und überholt.

Schematische Darstellung des Layouts der Startstation LC-16

Im Rahmen des Space Agreement Act (SAA) zwischen Relativity Aerospace und der NASA stellen das Kennedy Space Center, das Stennis Space Center und das Marshall Space Flight Center Relativity Aerospace Technologie, Einrichtungen und Fähigkeiten zur Verfügung.

Zwischen 2016 und 2022 unterzeichnete Relativity Aerospace mehrere Vereinbarungen mit dem Stennis Space Center. Einerseits wird das Zentrum Relativity Aerospace bei der Durchführung der Forschung und Entwicklung sowie der Konstruktion und Herstellung von Raketentriebwerken unterstützen; Andererseits wird es dem Unternehmen mehrere Triebwerksprüfstände und Einrichtungen des Zentrums für den Bau von Terran-R-Raketentestanlagen und einer Triebwerksmontageanlage vermieten. Der Bauplan ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Im August 2019 unterzeichneten Relativity Aerospace und das Kennedy Space Center eine SAA-Vereinbarung, gemäß der das Kennedy Space Center Relativity Aerospace bei der Durchführung von Trägerraketentests, der Bereitstellung von Materialien und Komponenten für Bodenausrüstung sowie bei der technischen Analyse der Testergebnisse unterstützt. Im September 2020 unterzeichnete Relativity Aerospace eine SAA-Vereinbarung mit dem Marshall Space Flight Center der NASA, die Relativity Aerospace bei der Konstruktion von Raketentriebwerken unterstützen, die Entwicklung von Raketentriebwerken aufzeichnen, triebwerksbezogene Komponenten testen und Testergebnisse wichtiger Raketentriebwerkstechnologien sammeln wird.

Biden besucht 2022 die 3D-gedruckten Teile von Relativity Aerospace

Als US-Präsident Biden 2022 vor dem Start der Lieferketteninitiative „Additive Manufacturing Forward“ die Erfolge des Industriesektors im Bereich der additiven Fertigung besichtigte, blieb er stehen und schaute sich die 3D-gedruckte Triebwerksbrennkammer von Relativity Aerospace an. Auch wenn dieser Besuch nicht so viel Aufsehen erregte wie der gemeinsame Besuch des ehemaligen US-Präsidenten Obama mit Elon Musk in der Raketenabwehranlage von Cape Canaveral im Jahr 2015, zeigt er doch, dass die US-Regierung aufstrebende kommerzielle Luft- und Raumfahrtunternehmen als Wunderwaffe betrachtet und ihre ermutigende Haltung weiterhin verstärkt.

Setzen Sie das Konzept der schnellen Iteration fort

Der Gründer des Unternehmens kam von der Space Exploration Technologies Corporation, daher weist das Unternehmen in Bezug auf Kultur und Konzepte viele Ähnlichkeiten mit der Space Exploration Technologies Corporation auf. Die wichtigste davon ist das Entwicklungsmodell der „schnellen Iteration“. Die Tests des Eternal-1-Triebwerks begannen im Jahr 2017 und es wurden bereits über 2.000 Bodentests absolviert, wobei das Design kontinuierlich verbessert und optimiert wurde. Auch das Design der Terran-1-Rakete wird ständig weiterentwickelt. Beispielsweise betrug der Durchmesser der Verkleidung ursprünglich 3 Meter, während der Verkleidungsdurchmesser der ersten Flugkonfiguration dem Durchmesser des Raketenkörpers entspricht, der 2,3 Meter beträgt. der 3D-Drucker „Stargate“ hat sich zur vierten Generation entwickelt; Der Motor der wiederverwendbaren Terran-R-Rakete wird zuerst in der Terran-1-Rakete usw. eingesetzt und überprüft. Die von Relativity Aerospace verwendete 3D-Drucktechnologie erfüllt genau die Anforderungen einer schnellen Iteration bei der Raketenentwicklung. Während des Entwicklungsprozesses kann die 3D-Drucktechnologie die Herstellung von Teilen oder Prototypen schneller und kostengünstiger abschließen und ermöglicht mehr Runden der Lösungsoptimierung und -überprüfung, was große Vorteile gegenüber herkömmlichen Fertigungsmethoden bietet.

Nachdem die 3D-Drucktechnologie durch die erste Flugmission verifiziert wurde, wird Relativity Aerospace auf Grundlage der oben genannten Vorteile die Forschung und Entwicklung von Terran-R wahrscheinlich weiter beschleunigen und das Fahrzeug schnell von einer kleinen Rakete zu einer großen und mittelgroßen Trägerrakete umbauen, ähnlich dem Entwicklungsverlauf von SpaceX von „Falcon 1“ zu „Falcon 9“. Wenn bei der wiederverwendbaren Rakete Terran-R ein Durchbruch gelingt, dürfte sie zu einer wichtigen Kraft unter vielen aufstrebenden kommerziellen Luft- und Raumfahrtunternehmen werden.

Schematische Darstellung des geplanten Layouts von Relativity Aerospace im Stennis Space Center

Erstens weitet sich die Anwendung der 3D-Drucktechnologie in Trägerraketen allmählich aus, was das ursprüngliche Produktions- und Fertigungsmodell untergraben könnte. Das herausragendste Merkmal der 3D-Drucktechnologie besteht darin, dass sie digitale Produktdesigns in kurzer Zeit in fertige Produkte umwandeln kann, wodurch der Lieferzyklus erheblich verkürzt wird. Darüber hinaus wird erwartet, dass die Anwendung der 3D-Drucktechnologie die Barrieren herkömmlicher Technologien in der Produktion durchbricht. Durch die Kombination von 3D-Drucktechnologie mit künstlicher Intelligenz, maschinellem Lernen, digitaler Technologie und Simulationstechnologie können die Produktionsanforderungen komplexer Teile erfüllt und Fertigungsprobleme hinsichtlich Design, Materialien und Prozessen gelöst werden. Allerdings wird der 3D-Druck hauptsächlich für kleine und komplexe Teile an Raketen, wie etwa Triebwerksinjektoren, verwendet, um die Anzahl der Teile deutlich zu reduzieren, während Relativity Aerospace das erste Unternehmen ist, das ihn bei großen Raketenstrukturen anwendet. Der Jungfernflug der Terran-1-Rakete hat die Machbarkeit des 3D-Drucks der Gesamtstruktur der Rakete vorläufig bewiesen. Es sind jedoch weitere Überprüfungen erforderlich, um die Anwendungsfälle zu erweitern und verschiedene potenzielle Risiken auszuschließen. Ob Relativity Aerospace die Chance nutzen und das nächste Technologieunternehmen für die Weltraumforschung werden kann, wird weitgehend vom Anwendungsniveau und der Wirkung seiner 3D-Drucktechnologie abhängen.

Zweitens ist es, gemessen am Fehlschlag des Erstflugs der Terran-1, in den letzten Jahren zu immer mehr Ausfällen kleiner Raketen gekommen, und die zukünftige Entwicklung steht vor größeren Herausforderungen. Seit 2022 kam es weltweit zu 12 Fehlstarts von Raketen (davon 1 Teilerfolg), davon 11 kleine Trägerraketen, insbesondere Produkte kleiner Raketen-Startups. So scheiterten beispielsweise in den ersten drei Monaten dieses Jahres nacheinander die Kleinrakete RS-1 des US-amerikanischen Unternehmens ABL, die luftgestützte Rakete Launch Vehicle One von Virgin Orbit und die Terran-1 der Relativity Aerospace Company. Diese Startups wurden ursprünglich gegründet, um der rasanten Entwicklung kleiner Satelliten gerecht zu werden. Doch im Wettbewerb mit den Falcon-9-Mitfahrraketen haben diese kleinen Raketen keinen Preisvorteil, ihre Starts scheitern häufig und ihre Zuverlässigkeit ist weitaus geringer als die der großen Raketen. Daher ist es weitgehend fraglich, ob die Geschäftslogik dieser Startups geschlossen werden kann, und der kontinuierliche Rückgang der Aktienkurse vieler börsennotierter Kleinraketenunternehmen zeigt auch, dass das Modell, Kleinsatelliten mit Kleinraketen zu starten, vom Markt nicht anerkannt wurde. Aus diesem Grund haben immer mehr kleine Raketenunternehmen begonnen, sich umzustellen und sich auf große und mittelgroße Raketen zu konzentrieren. Kleine Raketen dienen eher als Testfelder, um eine erste Ansammlung von Technologien und Fähigkeiten zu erreichen.

Und schließlich ist die rasante Entwicklung der aufstrebenden kommerziellen amerikanischen Raumfahrtstreitkräfte heute größtenteils auf die staatliche Unterstützung und das umfassende technische Fundament zurückzuführen, das die US-Weltraumbehörden über Jahrzehnte hinweg durch kontinuierliche Investitionen und Forschung in Großprojekte wie das Apollo-Programm, das Space-Shuttle-Programm und wiederverwendbare Trägerraketen aufgebaut haben, und das trotz der verschiedenen Rückschläge, die sie dabei erlebt haben. Zusammen haben diese Faktoren dazu beigetragen, dass die Industrie in den USA einen ausreichend großen Umfang und ein ausreichend hohes Niveau an technologischen Fähigkeiten erreicht hat, was nicht über Nacht geschah.

Darüber hinaus ist das Kapitalumfeld in den USA eher risikokapitalbegünstigt und weist eine höhere Fehlertoleranz auf, was ein Umfeld für innovative Entwicklungen weiter fördert. Daher ist es für andere Raumfahrtnationen und -regionen, darunter auch Europa, schwierig, direkt vom amerikanischen Modell zu lernen. Sie müssen außerdem auf der Grundlage ihrer eigenen Merkmale praktische und sinnvolle Entwicklungspfade formulieren. (Autor: Yang Kai und Wang Lin)

Dieser Artikel erschien ursprünglich im Magazin Space Exploration, Ausgabe 6, 2023

Quelle: Space Exploration Magazine