太空3D打印离我们有多远？(2)
时间:2022-09-30 11:21 来源:中国科普博览 作者:admin 点击:次
| 我国在利用3D打印技术模拟建造月球基地方面也进行了探索。2021年，科技部将“轻量化可重构月面建造方法研究”列入重点研发计划，成为“工程科学与综合交叉”的重点专项。 华中科技大学成为该项目的首席科学家单位，他们把中国在月球上建造的月面基地样式定名为“月壶尊”，这是一个外形酷似鸡蛋壳的建筑。计划用月壤烧出月球砖，再用“月蜘蛛”的机器人砌筑[4]，3D打印模型“月壶尊”。 从外面看，它像是一个放大的鸡蛋壳竖立在地面。作为建筑物，“月壶尊”里面并没有承重的“四梁八柱”，蛋壳顶端是穹顶结构，蛋壳体分内外两层，中间夹一层类似于肋骨的结构，以增强稳定性。 该团队将中国传统制砖砌筑的建造方式与3D打印建造方式相结合，采用整体预制拼装、局部打印连接的方式设计建造月面基地，提出利用机器人机械臂上的高能束（太阳能或者激光）熔融烧结月壤，铺一层月壤并熔融一次烧结出带有榫卯结构的月球砖，再通过机器人将月球砖拼装建造。整个过程通过烧结月球砖避免了一次性3D打印成型的风险，然后由机器人砌筑并同时用3D打印加强连接来完成结构避免结构变形。目前他们已制备出国内首个模拟月壤真空烧结打印样品，实现了从“0”到“1”的重大突破。 
图 “月壶尊”月面基地效果图（图片来源：国家数字建造技术创新中心）
人类太空打印月球基地的计划 NASA（美国国家航空航天局）将在阿尔忒弥斯计划中启用3D打印技术，他们将在月球南极称之为“永恒之光”的山峰（该地点靠近火山口边缘，是太阳辐射无处不在的地方，并且太阳入射角很低，可为太阳能收集提供长时间照明，永久阴影的火山口区域还有利于水的收集。）3D打印一个基地LINA（Lunar Infrastructure Asset），为宇航员和机器人提供一个生活和工作场所。 它将由3个单元组成，每个单元75平方米，并由一个90平方米的公共庭院分隔，并集成一棵光伏树，以直接捕获和收获太阳能,。它的跨度为8米×9.4米，高度为5米，可以保护宇航员免受辐射、月球地震、极端热变化、陨石的影响，设计寿命至少50年。目前第一个原型正在肯尼迪航天中心建造，3D打印材料则根据BP-1月球模拟物配制而成，由NASA的颗粒力学和风化层操作实验室合成，他们还将模拟月球的环境进行测试验证，温度范围从-170到70℃[5]。 NASA计划在2028年执行这项任务，他们希望这将使他们有新的科学、技术发现，以建立月球经济，重要的是探索火星，同时保持人类长时间的存在。美国宇航局的目标是在2028年出发执行这项任务，他们希望这个项目可以整合最新的科学、技术成果，以建立常态化的月球基地，实现人类长时间在太空活动的可能，并为人类登录火星做准备。 
图 3D打印LINA月球前哨基地想象图（图片来源：AI SpaceFactory）
我国有着更加宏伟的计划，那就是在实现载人登月之后，也将建造国际月球科研站。2021年3月份，我国和俄罗斯正式签署了合作备忘录，联手建造月球基地。目前来看，月球南极将是建造月球基地的最佳选址。只有建造了月球基地，人类才有望获得月球上最重要的资源——氦-3，如果利用它进行可控核聚变，其能源足够人类用1万年以上！而且，月球表面的重力只有地球的1/6，未来在这里发射火箭，我们的航天器将会飞得更远！ 结语 太空3D打印离我们到底有多远？这个问题的答案是，它触手可及。太空3D打印的不断发展，将使曾经存在于科幻电影中的月球基地成为现实，而我国也必将在不远的未来使用这一技术实现更多曾经不可能的科学想象。 出品：科普中国 作者：陈健（中国科学院上海硅酸盐研究所） 监制：中国科普博览 参考文献： [1] Guo Liu, Xiaofeng Zhang, Jian Lv, Additive manufacturing of structural materials，Materials Science & Engineering R, 2021(145):100596. [2] Giovanni Cesaretti , Enrico Dini , Xavier De Kestelier, Building components for an outpost on the Lunar soil by means of a novel 3D printing technology, Acta Astronautica, 2014(93):430-450. [3] Hamad Al Jassmi, Fady Al Najjar, Abdel-Hamid Ismail Mourad, Large-Scale 3D Printing: The Way Forward, 2018(324):012088. [4] 杨佳峰，把房子盖到月球上去，华中科技大学院士团队研究机器人就地取材造月面基地，长江日报。 [5] David Malott, AI spacefactory releases designs for first human foothold on the moon, https://www.designboom.com/techn ... on-moon-07-04-2022. (责任编辑：admin) |