外太空3D列印
外太空3D列印——建造太空設備基礎框架的新手段！
一直以來，外太空採取成套設備的設計思路，即便是新型太空設備都得設計成適合空間運輸的小型模塊，在被送入太空後，或者進行重新裝配，或者對設備進行充氣成型，或者能像千紙鶴那樣摺疊成型。只要是送入外太空的事物，不論是一次發還是多次發射的設備，包括超級望遠鏡和火星殖民飛船在內，都得設計成適合裝入火箭頂部。為了促進空間技術發展，科研人員必須將這些技術設備設計成在失重環境中運行，卻不得不在重力環境中建造這些設備，這種情況讓人感到惱火。如果能在外太空的失重環境里建造這些設備，科研人員就能繞過這個難題嗎？
實際上，在外太空建造空間設備的創意早就存在了，但想出一個好創意容易，要實現這個創意卻困難重重。現在，為了實現人類建造第一艘外太空船塢，科學家們提出了越來越多的嚴謹設想，讓實現這個創意步驟變得越來越清晰。
哈勃望遠鏡主鏡與韋伯太空望遠鏡主鏡尺寸的比較。大型韋伯太空望遠鏡必須以摺疊形式發射入太空，然後在外太空展開。
在外太空建造空間技術設備有著明顯的優勢——如果某些設備只要求在失重環境里運行，在失重環境中建造這些設備將意味著這些設備本身不用承受原本在地面必須承受的重量，用不著將它們建造得像地面設備那麼牢固。在外太空，人們可以建造結構複雜的大型設備，用不著擔心設備沒有足夠的彈性而導致內部崩潰。
在大多數情況下，在外太空建造設備的技術能製造出很多天文學家在孩提時期就夢想製造的機器，而按照物理學基本原理，他們設想的太空設備不可能在地面建造。
最直接的答案就是直接地在外太空建造相關設備。徵召一些宇航員，將他們送入太空，分給他們建造工具，讓他們在外太空建造設備。但宇航員穿著的宇航服卻限制了他們的身體活動範圍，能讓他們從事體力勞動、精細加工、或者長期在外太空工作。在設計外太空設備方面，科技人員不會感到有多少困難，但隨著宇航員人數、食物、設備以及所需氧氣數量的增加，會讓科技人員面臨不少新問題，更不用提由此增加的人員傷亡的風險。
用機器人建造的太空望遠鏡
設計出一套解決方案並非易事。在外太空的衛星軌道上，幾乎沒有壓力、沒可燃氣體、沒有實體底座讓人用扳手來安裝設備，所有這些情況讓我們積累了數千年的建造技術無法運用在太空環境里。
那麼我們要怎樣在外太空里建造設備？更重要的一點，如果人類勞動力不能作為解決方案的一部分，科技人員要怎麼辦？實際上，任何需要硬化的澆築建築材料不會馬上成型，採用焊接來製造堅固的框架卻要消耗大量的氧氣，並且需要能快速冷卻焊接材料的大氣層，即便是要將機械部件組裝成型也得依靠向下拉的重力來保證所有零件穩定以便將其安裝好。
一種可能的技術是3D列印。就像焊接一樣，絕大部分3D列印技術需要流動的空氣來冷卻建築材料並在其基礎上列印溶解的材料，但也有例外。美國國家航空航天局正在進行一個名為「蜘蛛織物」的技術項目，該項目的目的就是開發出可在外太空環境進行3D列印的技術，用來在太空製造出數公里長的金屬框架。例如，「蜘蛛織物」將在太空製造出大量的空間平台框架，將從地面發射至外太空的複雜設備安裝在這些框架上。這些設備不僅是工具及電腦，還包括向窗戶這樣的傳統工廠製造的設備。
蜘蛛織物概念圖
因此，即便到了太空建造設備時代，製造出來的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的分段式摺疊鏡頭也不過時，科技人員無法在真空環境里用3D列印技術製造出向太空望遠鏡這樣的高精度設備。
如果我們打算在月球或其他星球上建立大規模的基地，掌握空間建造基礎技術就顯得尤為重要。因為在外星球建造基地也能運用外太空列印技術。
利用太空3D列印技術來回收利用老舊衛信
美國國防部高級研究計劃局還在執行鳳凰研究項目，該項目的目的是通過拆解老舊衛星的部件來消除人類各種空間項目產生的垃圾，並用這些老舊衛星部件組成一個全新的空間設備。將新型中央處理單元與新式感應器設備作為飛船貨物發射至太空，隨後鳳凰項目將老舊衛星上狀況相對較好的一兩塊太陽能板、推進器或其他在衛星軌道墳場能找到的設備組合起來。
按照美國國防部高級研究計劃局的要求，完全可以使用太空3D列印技術建造新型太空站基礎框架後，再將回收的老舊衛星部件安裝在基礎框架上。
鳳凰項目概念圖
實際上，我們仍然需要將3D列印原料及印表機器人發射至太空，讓機器人使用這些原料來列印建築的基本框架。實際上，有了太空3D列印技術，科研人員仍然要將高精度太空探測設備從地面發射到太空，因為科技人員無法在真空環境里用3D列印技術製造出向太空望遠鏡這樣的高精度設備。
TAG:知識百科 |