機器人和3D列印用於空間製造

目前人類太空探索所需要的航天器、衛星等設備是在地球中進行製造，然後由火箭送入太空中的，所以航天設備的體積也一定程度上受到了火箭內部空間和運載能力的限制。

那麼，是否可以換一種思路，將原材料和生產設備送入太空中，在太空中進行按需生產呢？在這方面，NASA推出了一系列的計劃項目，以加快通過機器人和3D列印在空間中製造的進程。

自主機器人

衛星自組裝

NASA的機器人裝配和服務商業基礎設施（CIRAS）計劃是致力於推進大型結構在軌製造和組裝技術的計劃，將有助於該機構實現其探索太陽系統的目標。

CIRAS正在優先開發下一代望遠鏡、太陽能傳輸和通信平台的機器人裝配技術。 CIRAS已經開始開發可逆接頭，以通過20米機械臂（也稱為TALISMAN-拉伸致動長距離空間內機械手））和精密跳汰組裝機器人來處理精密測量和對準。

TALISMAN旨在降低與太空硬體轉移和組裝活動相關的成本和潛在的人身傷害，但CIRAS的項目並不止於此。

COSM先進位造系統最近加入到CIRAS團隊，設計了用於空間內自主組裝應用的電子束3D金屬列印系統。COSM還開發為大型商業、空間和航空應用中的終端用戶提供原位計量和自適應過程式控制制的系統。

根據COSM創始人兼總裁Richard Comunale，「自主機器人控制下的空間結構的組裝和製造當然是非常具有挑戰性的。 我們的努力集中在開發這種應用的電子槍、光學和光束控制及計量系統。」

COSM的貢獻基於原來的工作基礎上，他們與NASA蘭利研究中心的電子束自由形式製造（EBF3）計劃合作，該計劃使用電子束來提高在航空航天工業中金屬3D列印的使用，包括鈦、鉻鎳鐵合金和鋁。

CIRAS計劃由Orbital ATK牽頭，是美國宇航局空間機器人製造和裝配（IRMA）計划下的三個項目計劃之一。 Orbital ATK公司的Cygnus宇宙飛船曾在2016年攜帶3D印表機器臂登陸國際空間站。

第二個項目由Made In Space公司領導的Archinaut技術開發項目還在開發能夠通過3D列印技術在空間中構建和組裝大型組件的硬體系統。如果在地球上製造航天器，航天器上的結構需要被摺疊起來，等到送入太空之後再展開。Archinaut具有的一個優勢是直接在太空中進行製造，無需摺疊。在列印材料足夠充分的情況下，可以製造出非常大的航天器。這種太空直接製造的方式，也減少了對航空器進行「空間優化」的需求，實現全新的航天器設計，同時減少太空發射的成本。未來，Archinaut也可以用於製造和裝配衛星中需要升級的零部件。

圖片：通過3D列印來生產新的或替代結構，包括長梁和支柱（圖片來源：NASA /Made in Space）。

第三個項目稱為dubbed Dragonfly，是由Space Systems Loral（SSL）牽頭的，該系統正在尋求通過機器人裝配介面和情境感知軟體使得衛星在軌道上進行自組裝。

圖片：衛星自組裝可最大限度地發揮運載火箭的有效載荷並降低發射成本（圖片來源：NASA / Space Systems Loral）。

在發射到空間和最終商業化準備之前，這三個項目都將在地面上進行充分的驗證，包括通過機器人操縱桁架以及遠程製造結構桁架。

美國宇航局空間機器人製造和裝配（IRMA）計劃由NASA美國航空航天局太空技術任務總局（STMD）的技術演示任務（TDM）項目部進行負責與管理。

COSM的工作由NASA的蘭利研究中心與Orbital ATK、NASA的格倫研究中心以及美國海軍研究實驗室提供合作與資助。

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