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将重型机械吊装到太空中是麻烦且昂贵的然而很快这不会是一个问题

成为“星际迷航”中的机组成员的巨大优势在于,您可以根据需要使用“复制器”来创建所需的任何对象。在今天的现实世界中,太空任务所需的一切 - 从工具到食品和医药 - 都必须在地球上进行,然后才能进入轨道,这样做的巨大成本限制了我们对太阳系的探索。然而,所有这些都将改变。

公司已经发送3D打印机来生产太空替代工具。接下来,我们可以看到轨道工厂在地球上销售产品,或者自动机器人构建足球场大小的卫星。然后有可能利用其自然资源在其他星球上建立栖息地,或者利用小行星来补充地球上不断减少的金属库存。

这些技术将使人类从临时出击进入太空以在那里建立永久存在。

3d打印工具

航天局通常会使用疯狂数量的备件装载载人飞行任务,以应对所有可以想象的意外事故 - 发射成本约为每公斤14,000美元。在国际空间站(ISS)上,这些备件估计价值14亿美元。绝大多数都不会被使用。

但是,如果有一种方法可以在空间中制作几乎任何物体,何时需要它,或者甚至在完成其工作后将材料再利用并将材料重新用于其他物品呢?我们正朝着这个方向前进。

2014年,美国公司Made In Space向国际空间站发送了第一台3D打印机,用于显示以微重力印刷的零件与印在地球上的零件一样强。

两年后,该公司发送了其下一代打印机,称为先进制造工厂,从那时起,它就一直为NASA和其他实验者提供制造服务。迄今为止,它一直专注于塑料,但它在工作中使用的VULCAN系统也能够印刷金属。

另一家美国公司Tethers Unlimited于11月15日将其3D打印机送到国际空间站。Refabricator的优势在于它可以将废塑料(包括丰富的发射包装填料)转变为3D打印材料,从而节省了发送特殊印刷灯丝的成本。

也许这些方面最极端的想法是人类废物的回收。加拿大卡尔加里大学的研究人员正在研究将人类废物转化为“天体”的细菌,这是一种叫做聚羟基丁酸的3D打印材料。

在轨工厂

在太空制造东西时要克服的明显挑战是缺乏引力。没有重力就意味着没有对流,而且会发生热量传递。但对于Made In Space工程师来说,最初的问题可能是让第一个轨道工厂离开地面的关键。

高质量的光纤对于洲际通信和高速互联网至关重要。目前,互联网和电信行业都建立在二氧化硅基纤维上,但另一种基于氟化物玻璃的纤维(称为ZBLAN(来自锆,钡,镧,铝和钠)可能效率更高)。

问题是,至少在地球上,对流会在ZBLAN中形成微小的微晶,使其混浊且效率降低。

1998年,美国光纤制造商Thorlabs试图在“呕吐彗星”上形成ZBLAN材料 - 这是一种模仿微重力一分钟左右自由落体的飞机。它成功了。微重力制造的ZBLAN纤维具有更少的微晶和优异的透射性。

现在,Made In Space与Thorlabs合作,看看他们是否可以在太空中制造高质量的光纤。他们的纤维制造商于2017年12月推出国际空间站,正在进行第一次实验,有可能从4公斤的原材料中取出4公里的纤维。如果它有效,这将是任何人第一次在太空中创造商业产品。

空间建筑

在空间的空虚中,具有讽刺意味的是,宇航员在罐内生活和工作并不比集装箱大得多。这是因为国际空间站的每个模块以及我们送入轨道的其他任何模块都受到发射火箭尺寸的限制。

但是,如果我们能够建造太空,我们可能会制造出不会在地球上承受自身重量的巨大结构:更宽敞的空间站,足球场大小的望远镜,或用于收集太阳能的巨大卫星。虽然镜头和太阳能电池等专用部件仍然需要在地球上制造,但将所有部件固定在一起的脚手架当然可以在轨道上制造和组装。

轨道建筑工程师的第一个例子是Made In Space的Archinaut。这基本上是一台带有内置3D打印机的机器人装配机。打印机挤出支柱和连接器,臂咔嗒一声就位。这就像太空乐高。目前,Archinaut可以使用美国宇航局批准的基于聚碳酸酯的高强度塑料,这种塑料强度足以在低应力轨道环境中将巨大的空间结构固定在一起。Archinaut已经在呕吐彗星的微重力真空测试中证明了自己,并将于2019年发射到国际空间站。

小行星采矿

最终,即使是建筑原材料也可能来自太空。从Planetary Resources开始 - 这是由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于2009年在美国建立的 - 公司正在全球各地涌现,他们的目标是在地球以外的无数财富上。他们的第一步?采集小行星。投资公司高盛(Goldman Sachs)预测,这个世界上第一个万亿富翁将在这个新兴产业中崭露头角,它可能成为21世纪的淘金热。

显而易见的是找到一些富含贵金属的方便小行星,如金或铂。不幸的是,尽管在靠近地球的轨道上有大约18,000颗小行星,但其中只有约4%的小行星可能含有有价值的金属。因此,该行业面临的最大挑战之一是勘探,这就是为什么几家公司,其中包括英国的Asteroid Mining Corporation,正在努力建造将扫描太空岩石寻找潜在金矿的卫星。

包括美国的Planetary Resources和Deep Space Industries在内的其他公司认为未来不是贵金属,而是水中。除了给口渴的宇航员提供保湿外,只需通过电流流动,水就可以很容易地变成火箭燃料(氧气和氢气)。通过从冰岩中开采水,这些公司计划建立加油站,以执行月球,火星或更深入太空的任务。

当然,检索材料说起来容易做起来难。到目前为止,只有大约1毫克的物质从一颗小行星返回 - 这是日本隼鸟号航天器在2010年收集的少量尘埃。2016年,美国宇航局发射了OSIRIS REx太空船,对小行星本努进行了为期七年的任务。如果一切按计划进行,它将返回大约150克的材料。

但美国宇航局更大的计划 - 捕获并返回一颗围绕月球轨道运行的50米小行星 - 被特朗普政府搁置。加利福尼亚理工学院的物理学家估计这样一个“小行星回归”任务将耗资约36亿美元。这是很多现金,但距离地球上的一个矿山的设置成本还不算太远,特别是考虑到一块精心挑选的岩石可能包含数百亿美元的资源。最大的问题可能是供求经济法; 数千吨黄金或铂金的回归可能导致市场崩溃,一旦贵金属成为芯片便宜。

非世界栖息地建设

我们可以将巨型3D打印机发送到月球或火星来构建吗?

第一批3D打印房屋已在地球上建成。最简单的是,这些巨大的打印机看起来像水泥搅拌机,机械臂操纵喷嘴,将结构材料分层挤出。一些研究人员已经在研究如何将通常用于水泥的沙子换成火星或月球尘埃。2014年,意大利研究人员表明,他们可以使用类似于月球风化层(覆盖固体岩石的材料层)的材料建造大型结构。

与此同时,NASA正在为自动机器人竞赛提供资金,这些机器人可以在其他世界收集,改进和3D打印栖息地。最后一轮将于2019年4月举行,奖金为280万美元。

即使用一层填充的风化层覆盖预制结构也可以帮助保护未来的殖民者免受辐射,小流星罢工或沙尘暴的影响。欧洲航天局设想发送一个流动站绕月球表面滚动,挖出风化层并将其与粘合剂混合。然后,漫游者将材料打包在充气的栖息地之上,有点像你可能会将某人埋在沙滩上的沙子中,在任何人到达之前加强结构。

正如他们在太空建筑行业所说的那样,露营和定居之间的区别就是你携带的工具。

郑重声明:本文版权归原作者所有,转载文章仅为传播更多信息之目的,如作者信息标记有误,请第一时间联系我们修改或删除,多谢。

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