太空3D打印離我們有多遠？(2)
時間：2022-09-30 11:21 來源：中國科普博覽 作者：admin 閱讀：次
我國在利用3D打印技術模擬建造月球基地方面也進行了探索。2021年，科技部將“輕量化可重構月面建造方法研究”列入重點研發計劃，成為“工程科學與綜合交叉”的重點專項。
華中科技大學成為該項目的首席科學家單位，他們把中國在月球上建造的月面基地樣式定名為“月壺尊”，這是一個外形酷似雞蛋殼的建筑。計劃用月壤燒出月球磚，再用“月蜘蛛”的機器人砌筑[4]，3D打印模型“月壺尊”。
從外面看，它像是一個放大的雞蛋殼豎立在地面。作為建筑物，“月壺尊”里面并沒有承重的“四梁八柱”，蛋殼頂端是穹頂結構，蛋殼體分內外兩層，中間夾一層類似于肋骨的結構，以增強穩定性。
該團隊將中國傳統制磚砌筑的建造方式與3D打印建造方式相結合，采用整體預制拼裝、局部打印連接的方式設計建造月面基地，提出利用機器人機械臂上的高能束（太陽能或者激光）熔融燒結月壤，鋪一層月壤并熔融一次燒結出帶有榫卯結構的月球磚，再通過機器人將月球磚拼裝建造。整個過程通過燒結月球磚避免了一次性3D打印成型的風險，然后由機器人砌筑并同時用3D打印加強連接來完成結構避免結構變形。目前他們已制備出國內首個模擬月壤真空燒結打印樣品，實現了從“0”到“1”的重大突破。
圖 “月壺尊”月面基地效果圖（圖片來源：國家數字建造技術創新中心）
人類太空打印月球基地的計劃
NASA（美國國家航空航天局）將在阿爾忒彌斯計劃中啟用3D打印技術，他們將在月球南極稱之為“永恒之光”的山峰（該地點靠近火山口邊緣，是太陽輻射無處不在的地方，并且太陽入射角很低，可為太陽能收集提供長時間照明，永久陰影的火山口區域還有利于水的收集。）3D打印一個基地LINA（Lunar Infrastructure Asset），為宇航員和機器人提供一個生活和工作場所。
它將由3個單元組成，每個單元75平方米，并由一個90平方米的公共庭院分隔，并集成一棵光伏樹，以直接捕獲和收獲太陽能,。它的跨度為8米×9.4米，高度為5米，可以保護宇航員免受輻射、月球地震、極端熱變化、隕石的影響，設計壽命至少50年。目前第一個原型正在肯尼迪航天中心建造，3D打印材料則根據BP-1月球模擬物配制而成，由NASA的顆粒力學和風化層操作實驗室合成，他們還將模擬月球的環境進行測試驗證，溫度范圍從-170到70℃[5]。
NASA計劃在2028年執行這項任務，他們希望這將使他們有新的科學、技術發現，以建立月球經濟，重要的是探索火星，同時保持人類長時間的存在。美國宇航局的目標是在2028年出發執行這項任務，他們希望這個項目可以整合最新的科學、技術成果，以建立常態化的月球基地，實現人類長時間在太空活動的可能，并為人類登錄火星做準備。
圖 3D打印LINA月球前哨基地想象圖（圖片來源：AI SpaceFactory）
我國有著更加宏偉的計劃，那就是在實現載人登月之后，也將建造國際月球科研站。2021年3月份，我國和俄羅斯正式簽署了合作備忘錄，聯手建造月球基地。目前來看，月球南極將是建造月球基地的最佳選址。只有建造了月球基地，人類才有望獲得月球上最重要的資源——氦-3，如果利用它進行可控核聚變，其能源足夠人類用1萬年以上！而且，月球表面的重力只有地球的1/6，未來在這里發射火箭，我們的航天器將會飛得更遠！
結語
太空3D打印離我們到底有多遠？這個問題的答案是，它觸手可及。太空3D打印的不斷發展，將使曾經存在于科幻電影中的月球基地成為現實，而我國也必將在不遠的未來使用這一技術實現更多曾經不可能的科學想象。
出品：科普中國
作者：陳健（中國科學院上海硅酸鹽研究所）
監制：中國科普博覽
參考文獻：
[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] 楊佳峰，把房子蓋到月球上去，華中科技大學院士團隊研究機器人就地取材造月面基地，長江日報。
[5] David Malott, AI spacefactory releases designs for first human foothold on the moon, https://www.designboom.com/techn ... on-moon-07-04-2022.
(責任編輯：admin)
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