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展望未来,我们将如何“太空制造”

时间:2020-03-23 14:15:04 作者: 来源:51区未解之谜网 手机阅读
如今,将重型机械送入太空仍然是一件麻烦而昂贵的事情。然而,很快,这将不再是一个问题。

小行星采矿前哨的意境

,作为《星际迷航》中的一员,最大的优势是拥有一台“复印机”,可以根据需要生成任何需要的项目。在当今的现实世界中,从工具到太空任务所需的药物,一切都只能在发射到轨道之前在地球上生产。这样做的巨大成本限制了我们对太阳系的探索。然而,这一切即将改变。

现在,公司已经将3D打印机送入太空,生产替代工具。在那之后,我们可能会看到太空轨道上的工厂生产产品在地面上销售,或者自动化机器人建造足球场大小的人造卫星。在那之后,我们有可能利用当地的自然资源在其他星球上建立定居点,或者开采小行星来补充地球日益减少的金属材料。

接下来,这些技术将引导人类在短时间内进入太空,并在太空中永久定居。

3 3D打印工具

通常,为了应对任何可能发生的事故,每个航天局都会为载人飞行任务配备大量的备件,发射成本约为每公斤14,000美元。在国际空间站上,这些备件的价值估计为14亿美元,其中大部分永远不会被使用。

但是,如果有一种方法可以在需要的时候直接在太空中制造任何东西,或者甚至熔化已经完成任务的部件以便回收它们的材料呢?事实上,这正是我们要去的地方。

2014年,美国“太空制造”公司向国际空间站发送了第一台3D打印机,以显示在微重力环境下打印的零件与地面上打印的零件一样坚固。

自2011年以来,航天制造已经进行了30,000多个小时的3D打印技术测试。照片来源:美国宇航局

两年后,该公司发送了其下一代打印机,被称为先进制造设施,并一直为美国宇航局和其他实验者提供服务。到目前为止,它的重点是塑料,但正在开发的“VULCAN”系统也将能够印刷金属。

另一家美国公司,特提斯无限公司,也把它的3D打印机送到了国际空间站。这套被称为“再制造机”的3D打印机的优点是,它可以将包括大量散发包装填充物的废塑料转换成3D打印材料,从而节省了发送特殊打印线的成本。

插图:再制造商的技术演示单元图片来源:全美汽车协会

也许这些回收想法中最极端的想法是回收人类垃圾加拿大卡尔加里大学的研究人员正在研究细菌的基因,将人类排泄物转化为一种叫做聚羟基丁酸酯的3D打印材料“天文塑料”

在轨工厂

在太空制造东西时要克服的明显挑战是缺乏重力。没有重力就意味着没有对流,对流会干扰热传递。然而,对于“太空制造”公司的工程师来说,这是问题的第一点,也可能成为第一个在轨工厂进展的关键。

高质量光纤对于洲际通信和高速互联网至关重要。目前,硅基光纤通常用于互联网和电信行业。然而,另一种基于氟化物玻璃的光纤称为ZBLAN(锆、钡、镧、铝和钠的英文名称的缩写),可能比这种光纤更有效。

的问题在于,至少在地球上,对流会导致ZBLAN中细小晶粒的形成,使其变得浑浊和低效。

8年,美国光纤制造商Thorlabs试图在呕吐彗星上制造ZBLAN材料,呕吐彗星是一种可以在自由落体中模拟大约一分钟微重力环境的飞机。他们成功了微重力环境下制得的ZBLAN纤维微晶数量少,透光率高。

图表:其他条件下微重力环境(左)和普通重力环境(右)下产生的ZBLAN材料的比较照片来源:国家宇宙航空研究开发机构

现在,“太空制造”已经与“太阳”合作研究是否可以在太空制造高质量的光纤。他们的光纤制造机器已被送往国际空间站,并正在进行首次试运行。这台机器可以用4公斤的原材料缠绕4公里长的光纤。如果可行,这将是人类第一次在太空生产商业产品。

太空建筑

具有讽刺意味的是,在太空中,宇航员生活和工作在一个比容器大不了多少的金属容器中。这是因为国际空间站的每一个模块和我们放入轨道的其他所有东西都受到用于发射的火箭大小的限制。

然而,如果我们能直接在太空中建造,我们可能会建造太大而无法在地面支撑自身重量的巨型建筑:一个更宽敞的空间站,一个足球场大小的望远镜,或者一颗收集太阳能的巨型卫星。尽管一些特殊零件,如透镜和太阳能电池板,仍需要在地面上制造,但将所有零件固定在一起的支撑框架肯定可以在轨道上制造和组装。

在轨构建器的第一个示例是空间制造档案这基本上是一个内置3D打印机的自动装配机。打印机弹出支撑杆和连接器,使支撑杆卡入到位。这就像太空中的乐高目前,Archinaut可以与美国国家航空航天局批准的聚碳酸酯基高强度塑料一起使用,这种塑料足够坚固,可以在低应力轨道环境下将巨大的太空建筑连接在一起。档案员已经证明了他在真空测试和呕吐彗星微重力环境中的能力,并将被发射到国际空间站。图

:档案结构图照片来源:mad in space


小行星采矿

最终,甚至建筑的原材料都可以来自太空。自从“行星资源”公司于2009年由包括谷歌联合创始人拉里·佩奇和维珍首席执行官理查德·布兰森在内的投资者在美国创立以来,许多专注于地球以外无限财富的公司在世界各地涌现出来。他们的第一步是什么?开采小行星此外,投资公司高盛(Goldman Sachs)预测,世界上第一个万亿美元将诞生在这个新兴行业。外层空间采矿可能成为21世纪的淘金热。

很明显,发现一些富含金或铂的小行星很容易实现。不幸的是,尽管在地球轨道附近有大约18000颗小行星,但其中只有4%可能含有贵金属。因此,该行业面临的最大挑战之一是探矿,这也是包括总部位于英国的小行星矿业公司在内的几家公司正在建造卫星扫描太空岩石寻找潜在金矿的原因。

其他公司,包括美国的“行星资源”和“深空工业”公司,都认为未来不在贵金属,而在水。除了可以解渴,水还可以通过电很容易地变成火箭燃料(氢和氧)。通过从冰冷的岩石中提取水,这些公司计划为登月、火星或更远的太空任务建造加油站。

当然,说起来容易做起来难。到目前为止,从小行星上只回收了大约1毫克的物质——这是日本隼鸟号飞船在2010年收集的一些灰尘。2016年,美国航天局发射了光谱判读资源安全风化层识别探测器(OSIRIS-REx),对小行星贝努鸟进行了为期七年的飞行任务如果一切按计划进行,它将带回大约150克的物质。图表

:奥西里斯-雷克斯的样本返回舱和小行星贝努来源:美国宇航局

,然而,一个更大的美国宇航局计划捕获并带回一个50米大小的小行星绕月球运行已被特朗普政府搁置。加州理工学院的物理学家估计,这种“带回小行星”的任务将花费大约36亿美元。这的确是一笔巨大的支出,但与地球上的采矿成本相比,还是相差不大,特别是考虑到一个精心挑选的岩石可能含有价值数百亿美元的资源。最大的问题可能是供求之间的经济规律。带回数千吨黄金或铂将导致市场崩溃,使曾经的贵金属变得像炸薯条一样便宜。

建造外星人定居点

我们能把巨型3D打印机送到月球或火星上去建造吗?

第一批3D印刷厂已在地面建成简而言之,这些大型3D打印机看起来像是带有机械臂的水泥搅拌机,机械臂操纵喷嘴将建筑材料分层喷射出来。一些研究人员一直在研究用火星或月球上的灰尘代替水泥中常用的沙子的方法。2014年,意大利研究人员向人们展示,他们可以用类似于月球土壤的材料(覆盖月球岩石的一层材料)建造大型建筑

与此同时,美国国家航空航天局正在资助一项自动化机器人竞赛,该竞赛要求机器人能够收集、处理其他星球上的材料,并打印出3D人类住区如果

是为了保护未来的殖民者免受辐射、微陨石撞击或沙尘暴的影响,用一层压实的表层土覆盖预制建筑甚至可以发挥作用。欧洲航天局设想将一辆漫游者送上月球表面,铲起月球土壤并与粘合剂混合。然后,漫游者将把这些材料填充到膨胀的住宅顶部,有点像你在沙滩上把人埋在沙子里时所做的那样,从而在有人到来之前加固建筑。

正如航天建筑行业所说,露营和定居的区别在于你携带的工具。

参考文献

1。WJ百科全书

2。天文名词

3 . cathal o ' connell-unisis

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