漫游太空,3D打印做得到!3个科幻情节正实际上演

在阿波罗11号登月50周年之际,3D打印技术(积层制造)改变现今人类从事太空活动的方式,不只是打印火箭与卫星,还包括提供宇航员“修补身体”的支持设备。

美国火箭制造商Relativity Space这阵子在卡拉维尔角空军基地翻修LC-16(16号发射复合体),为预计在今年底发射的人族一号(Terran 1)做准备,该火箭有高达95%零件由3D打印机制造。

火箭打印机高达2层楼,殖民其他星系不可或缺

回到今年1月,Relativity Space对外宣布与美国空军签下为期5年的协议,并获得LC-16的使用权,此前,美国空军批准的民营公司有马斯克的SpaceX、贝佐斯的Blue Origin、联合发射同盟(United Launch Alliance),Relativity Space则是第4家,获得LC-16使用权让他们省去为期4年的发射台建造工程。

Relativity正在测试它们的3D打印火箭引擎Aeon。

 

Relativity Space无法在市面上找到打造火箭所需的打印机,所以他们自己设计一个“世界最大的”金属打印机叫“星际之门(Stargate)”,占据Relativity位于洛杉矶总部两层楼大的空间。

条状金属输入星际之门打印机,在机器内部的高温下熔化,接着从另一端出现并迅速冷却,与火箭构造的其余部分结合。让人族一号的火箭生产期程缩短为60天,而目前同业制造火箭的所耗时间平均是18个月。(设计、生产一次到位!“3D打印”4个突破正彻底瓦解造物规则)

Relativity官网上显示人族一号飞离地面1,200公里的高度的有效负载重量为700公斤。
Relativity Space官网截屏

Relativity Space的3D打印引擎Aeon目前为止已试射过上百次,该公司总裁Rob Fabian表示,3D打印引擎其中存储液态氧与液态甲烷的塑胶合金燃料核心(fuel core),比其他固体燃料更为可靠、平稳。其他火箭商如Rocket Crafters(RCI)也计划在今年结束之前,将自家3D打印的引擎装配在发射试飞的火箭上。

“3年前公司创立时,我们的愿景是在火星上打印火箭,”Relativity Space的CTO(首席技术官)Jordan Noone对合众国际社(UPI)的记者说道,他和其他几位目前的同事也曾在SpaceX共事过。

Relativity Space的火箭打印机。

 

3D打印机对人类在其他星球的殖民大业至关重要,Noone表示,“我们希望它能够使用那里的任何可用材料,”在不一定有冶炼专家的状况下,打印机将知道如何使用火星上发现的金属。

太空旅行关键在“适应”,脱离地球长期发展是最终目标

3D打印实现人类太空旅行的另一重要进展,集结在SpaceX的“天龙号(Dragon)”太空船上。

作为第一艘抵达国际空间站(ISS)的私人太空船,能重复执行任务的“天龙号”于7月25日被SpaceX猎鹰9号(Falcon 9)火箭送上太空。这次任务代号为“CRS-18”,是天龙号第3度接上国际空间站,同时为NASA(美国太空总局)补给2,300公斤的物资与研究设备。

SpaceX的“天龙号”太空船可以重复执行太空任务,相当环保。

 

SpaceX于7月25日在卡纳维拉尔角空军基地的SLC-40发起第18次商业补给任务(CRS-18)。

这些送上空间站的设备其中,包括nScrypt的打印机,它不但可以打印印刷电路板(PCB)、专用天线等其他高科技产品,还能印制煎饼。(气垫鞋、方便面里的蔬菜包都是!源自登月计划的10大技术)

日前nScrypt与生物科技专家合作通过“BFF生物打印机”打印一种叫做“鹰架(scaffolding)”的网状物,让人类的干细胞可以生长成各种器官及组织,这次的目标便是在空间站微重力(micro-gravity)的环境下测试,评估软组织打印对人类在宇宙活动的帮助。

SpaceX将nScrypt的“BFF生物打印机”发射到太空、运到国际空间站。

 

很多类似nScrypt的研究设备都在“天龙号”上,像是Space Tango主导的多功能干细胞研究,将在空间站里培养患有多发性硬化症(multiple sclerosis)和帕金森氏症患者的脑细胞,意图避免宇航员在长期任务中受到神经退化疾病的侵害

令人瞩目的,还有由英国爱丁堡大学科研团队BioRocks主持的“生物岩”项目,研究促进微生物在微重力环境中与岩石相互作用,旨在帮助人类更有效地了解微生物在太空中的活动与增长方式,为月球与火星的生物采矿(biomining)铺路,听起来有点玄,不过当地球上已有大量采矿业利用微生物作为助手。

显微镜中的画面,鞘氨醇单胞菌(Sphingomonas desiccabilis)正在玄武岩上生长。它是BioRock实验中的三种微生物之一,将测试太空中变动的重力状态如何影响微生物的作用。
ESA

除此之外,Space Moss团队将评估微重力如何影响耐寒植物的发育、生长和基因组合。该团队成员表示,最终目标是在月球和火星上种植植物,并帮助地球的研究人员打造更高效生长的作物。

天龙号计划安装在国际通用对接器IDA–3上,向国际空间站投送物资与研究设备。

 

NASA斥资7,370万美元,想在真空环境中打印卫星

另一家公司,Made In Space获得NASA投资7,370万美元合约,打造能在近地轨道(LEO)3D打印的技术设备。

NASA的太空科技任务理事会(Space Technology Mission Directorate)副主任Jim Reuter表示,太空机器人的积层制造无疑地是游戏规则变革者(game-changers),也是未来太空探索的基本能力。

Archinaut One在近地轨道组装卫星零件的视频

Made In Space命名为“Archinaut One”的小型卫星能在微重力的状态下进行积层制造,计划从卫星系统的两侧打印两个长近10米的梁架(beams),两侧梁架支撑的太阳能电池数组,是相同尺寸卫星所搭载传统太阳能电池板的5倍长度,对应发挥更好的功率。

“Archinaut”项目于2015年首度发布,集结Made In Space的扩展结构积层制造机(ESAMM),赋给Archinaut在太空的真空与温度环境下打印热塑性材料的能力。2018年,Archinaut制造长达37.7米的梁架,打破金氏世界纪录成为“最长的3D打印非组装零件”。

Archinaut One在近地轨道上运转时,自行积层制造支撑太阳能板的梁架示意图。

 

Made In Space的方针是允许人们在太空进行通信天线的远距建设,以及太空望远镜等其他复杂设备的构筑,这将消除火箭的负载限制;同时借由Archinaut来执行任务,以降低目前宇航员在宇宙行动的风险。