在轨制造,再进一步!太空3D打印即将开展舱外打印实验
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3D打印技术参考注意到,人类首次太空舱外3D打印实验即将由欧空局开展。5月16日,欧空局发布消息,欧洲最新的火箭——阿丽亚娜6号将于2024年7月迎来首次太空发射,它将执行多项太空任务,其中包括执行Orbital Matter公司的Replicator任务。
任务概况
该任务旨在展示新的3D打印技术在国际空间站“保护环境”之外的恶劣太空条件下的表现。在此前,Orbital Matter已经在欧空局增强计划(ESA PUSH计划)的帮助下进行了轨道实验。
到目前为止,多种类型的聚合物3D打印工艺通常需要预热,这在地球环境并不存在问题。空气热对流可以快速带走零件的热量从而使其冷却,而在太空真空环境下,热量的消散依赖于辐射,通过以红外能量的形式辐射出去,过程很慢,可能需要数月时间。
Orbital Matter Replicator真空打印机原型
Orbital Matter 的卫星进行测试活动
而报道指出,新的3D打印工艺可以直接在真空和微重力下工作,且不需要热量,因此建造结构的速度要快得多。该任务将在580公里高度的太空舱外开展实验,使用聚合物材料3D打印出一条长度50cm的光束,这将是3D打印首次在国际空间站以外的开放空间进行演示。如果成功,Replicator将证明复杂的结构可以直接在太空中建造,这将为太空探索开辟新的可能性,并有可能彻底改变太空制造的方式。
舱外3D打印具有重要意义
直接在太空中制造有几个潜在的优势。
首先,直接在太空中建造大型结构比从地球发射更高效、更划算。从地球发射大型结构需要将载荷的结构强度设计和制造的非常强才能抵抗发射时的强大冲击,而这势必增加航天器的重量,导致发射成本高昂。而通过在太空中建造这些结构,可以用更少的材料制造,使制造过程更容易、更便宜。
其次,当前太空发射的航天器尺寸仍然受到整流罩尺寸的限制,而太空在轨制造,将允许制造更大尺寸的结构,有助于建造太空太阳能发电厂、大型通信天线、用于科学任务的大型望远镜,甚至更大的空间站。
太空3D打印技术发展进程
多年来,研究人员一直在研究可以利用太空和其他星球上的材料建造结构的技术。
2014年,3D打印首次在国际空间站进行测试,主要聚焦于从普通塑料到高性能聚合物的丝材3D打印。事实证明,该技术有助于按需制造工具和备件,同时已成功3D打印生物组织。
2020年5月,中国首次实施了国际首次太空连续纤维增强复合材料的3D打印实验。
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2024年1月,首台前往国际空间站的金属3D打印机搭乘SpaceX 猎鹰9号火箭成功进入太空,目前相关实验和测试正在开展中。
然而,目前没有一项3D打印技术能够在国际空间站外“开放”空间的恶劣条件下发挥作用。Replicator任务旨在改变这一现状。
在不到四个月的时间里,Orbital Matter建造了卫星,开发了有效载荷,将其与平台集成,并完成了所有必要的测试。阿丽亚娜6号发射系统的最终全面审查也已于4月完成。该技术可能为使用更少资源制造出原本不可能实现的新型太空结构打开大门。
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