3D打印在外太空:ISS国家实验室谈在太空如何进行AM
时间:2020-10-03 07:46 来源:中国3D打印网 作者:中国3D打印网 点击:次
中国3D打印网10月3日讯,地外制造开始为人们如何在轨道上生活提供一些启示。多年来,为维持生命和太空流动而开发的诸如太空制造之类的现场资源能力一直是NASA太空技术面临的重大挑战。工业界,学术界和政府部门的专家都在尝试使用具有颠覆性的技术来创建激进的系统,这些技术可能会改变关键的太空任务。但是,当前的能力仍然不足以承受频繁或长期的太空旅行。但是,所有的希望并没有失去。增材制造(AM)有望成为解决空间制造限制的关键。 自1990年代以来,国际空间站(ISS)一直是一个微重力和空间环境研究实验室,专家们在这里积累了有助于未来生存能力的关键知识,特别是在太空机构计划在下一次向月球和火星发射任务的十年期。 NASA及其国际和商业合作伙伴处于制定人类太空探索计划的有利位置,但在任何一项计划发生之前,他们需要创建制造设施和材料以加速太空探索。 ![]() 美国宇航局宇航员安德鲁·摩根(Andrew Morgan)为生物制造工厂(BFF)3D生物打印机提供服务。(图片由ISS国家实验室提供) 为了更好地了解增材制造和微重力研发的当前趋势,研究和挑战,国际空间站美国国家实验室经理,太空科学发展中心(CASIS)举办了2020虚拟太空增材制造研讨会。该活动于2020年7月举行,特色在于针对微重力的材料和工艺的情况介绍和分组讨论;现场资源利用(ISRU)和太空生产。 CASIS / ISS国家实验室策略和业务发展的商业创新负责人Etop Esen解释说,该实验室正在与公司合作,利用ISS上的微重力环境来开创性的科学,技术和创新,以应对现实中的挑战,并尝试填补空白,并推动AM用于大规模工业制造的发展。埃森(Esen)描述了在太空中,“当重力不再是主要变量时”并且我们没有“沉积或其他现象的正常过程”时,物质间的相变就变得更加重要。 在材料方面,雅各布斯太空探索小组的詹妮弗·埃德蒙森(Jennifer Edmunson)支持美国国家航空航天局的马歇尔太空飞行中心(MSFC),并指出目前尚不清楚在地球和其他行星体上发现的任何物质和岩石的程度可以经济地转换并用作3D打印原料。并建议该解决方案的一部分可能来自对国际空间站上的回收废料进行AM研究,然后将其暴露于站外的低地球轨道(LEO)环境中,以测试3D打印材料的耐久性。
埃德蒙森说,ISRU是改变范例轨道替换单位和维修零件库存所必需的,以便下一代可操作的栖息地依赖于可维修,可更换或可维修的系统。她还强调指出,目前在轨的备用重达12,170公斤,而每年只有450公斤的零件失灵,因此“周围有很多备件收集”,而“ ISRU是实现高效率的唯一经济方法。可持续的人类生存。如果我们在月球上拥有一个可持续的栖息地,我们可以将这些材料拿走,将它们化学分离成它们的组成元素,然后重新组合它们,以制成墙壁的水泥,或者为机组人员制造维生素和氧气。从获取资源到过渡到可打印的原料,有很多步骤。我们必须问自己,这些过程今天是否甚至存在于地球上,它们在经济上是否可扩展,这些过程中有多少依赖于重力。” 对于其他计划使用重碎石型材料(覆盖坚硬岩石的表层沉积物)的行星体上的ISRU,应测试地球上使用的材料转化过程,以确定它们是否适合用于重力降低的作业,或者是否需要新技术和新材料,埃德蒙森解释说。可以使用ISS AM设施研究基于月球重石中发现的物质组合而配制的不同AM原料“配方”。有人建议将月桂石制成的玻璃和玻璃陶瓷用于这一领域的重点研究,而美国宇航局的MSFC已经使用3D打印的糊剂(包括火星人造石)打印了亚尺度结构。
ISRU系统概念用于火星土壤的自动机器人开挖和处理。 (图片由NASA提供)
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