Сделано в космосе: добавка на орбите

Развитие технологий 3D-печати может сделать производство за пределами планеты реальностью раньше или позже. Стюарт Натан сообщает

Космос, как незабываемо сказали капитаны Кирк и Пикард, — это последний рубеж. И не только для разведки. По мере того, как планы присутствия человека в Солнечной системе становятся все более разрабатываемыми, исследователи все чаще ищут способы расширить до сих пор привязанные к Земле области человеческой деятельности в космосе. Как показала недавняя конференция в Центре производственных технологий Ковентри, одной из областей является производство.

Изучается очень специфическая область производства: создание космических кораблей и предметов, которые могут понадобиться людям-исследователям в их миссиях (независимо от того, продлятся ли они пять лет или даже дольше), таких как убежища, места обитания и инструменты в космосе. Первые этапы этого уже начинают исследоваться: орбитальная сборка космических кораблей имела заметный успех в конце 1980-х - начале 1990-х годов, когда была построена Международная космическая станция (МКС) из модулей, доставленных российскими ракетами-носителями и космическим кораблем "Шаттл". и собираются либо автономными стыковочными маневрами, либо экипажами космонавтов.

Обоснование внепланетного производства такое же, как и стратегия строительства МКС: легче создавать большие предметы неуклюжей формы на месте, чем строить их на Земле и запускать на орбиту. Им не нужно выдерживать вибрацию и суровые условия запуска или упаковывать их для безопасной транспортировки. Единственное, что имеет значение – это масса сырья, которое необходимо транспортировать.

Это, конечно, теоретически. Это может быть проще, но задачу создания чего-либо по-прежнему необходимо решить, и до сравнительно недавнего времени очень немногие из установленных технологий производства были пригодны (или практичны) для использования в условиях микрогравитации.

Предыдущие набеги Инженера в этот сектор касались таких методов, как экструзия пластмассы для изготовления длинных стрел, но, например, способность строить основные модули космических кораблей ему полностью отсутствовала.

Ситуация изменилась с появлением технологий аддитивного производства, которые берут очень простые формы сырья, такие как порошок или проволока, и превращают их в относительно сложные трехмерные геометрические формы. Это позволит строить в космосе сложные конструкции с необходимостью транспортировки сырья в компактной форме на орбиту.

По словам Тони Мирса из Космического агентства Великобритании, «[аддитивное производство] способно встряхнуть космическое производство, как ничто другое. От снижения стоимости традиционного оборудования до создания новых конструкций, аддитивное производство меняет наш подход к оптическим приборам. , зеркала, даже ракетные двигатели. Космическое агентство Великобритании профинансировало все эти проекты до среднего TRL (уровня технологической готовности), и у всех них есть многообещающее будущее в коммерческом применении».

Не все аддитивные методы подходят для использования в космосе. Техника, чаще всего называемая 3D-печатью, изготовлением аддитивного слоя порошка, когда лазер используется для плавления металлического или полимерного порошка для создания слоя за кусочком изделия, не подходит. Профессор Ричард Хейг, директор центра аддитивного производства Ноттингемского университета, объяснил The Engineer, что в отсутствие гравитации было бы невозможно консолидировать слой порошка внутри 3D-принтера и, следовательно, данная технология была бы невозможна. .

Однако одной из многообещающих технологий является аддитивное производство проволока + дуга (WAAM). Созданный на основе сварки, он использует эффектор электрической дуги, установленный на руке робота, для нанесения металла из проволоки в любую форму, которую эффекторный рычаг запрограммирован описать. Поскольку такой системе легко двигаться по кругу, она особенно хорошо подходит для изготовления цилиндров и сфер с закругленными концами — обе формы обычно используются для космических аппаратов и жилых помещений. Резервуары, предназначенные для хранения газов под давлением, очень часто имеют такую ​​форму.