Мы все знаем, что время для Луны истекло. Но стоимость отправки всего необходимого с Земли для строительства базы непомерно высока. Земной гравитационный колодец слишком глубок и слишком силен, чтобы доставить туда все с помощью ракет. Так в чем же решение?
Согласно ESA, решение - Аддитивное производство (AM) и Использование ресурсов на месте (ISRU).
ESA ведет проект по разработке способов использования AM или 3D-печати сейчас и в будущем, чтобы сделать базу на Луне более выполнимой. Проект называется «Создание лунной базы с использованием технологий 3D-печати». Это старый пионерский дух жизни за пределами земли, но перезагруженный современными, передовыми технологиями. AM и ISRU ограничат нашу материально-техническую зависимость от Земли и позволят многое из того, что нужно построить на Луне, из ресурсов, доступных на Луне; а именно, лунная пыль сама.
«3D-печать предлагает потенциальные средства для облегчения расселения на Луне с уменьшенной логистикой с Земли». - Скотт Ховланд из команды ЕКА по космическим полетам.
В конце концов, согласно ESA, широкий спектр материалов и оборудования, необходимых для основания Луны, может быть напечатан в 3D, когда и где это необходимо. Все, от строительных материалов до солнечных панелей, оборудования, инструментов и одежды, потенциально может быть напечатано на Луне в 3D. Возможно, что даже 3D-печать может обеспечить даже питательные вещества и пищевые ингредиенты.
3D-печать не только снижает стоимость базы Moon, но и делает все предприятие более гибким и настраиваемым. Мало того, что лунный реголит может быть использован для изготовления как можно большего количества структур и предметов, он может быть использован для переработки и повторного использования предметов, привезенных с Земли.
Проект «Зачатие лунной базы…» предусматривает трехфазный план для базы Луны, который в значительной степени зависит от 3D-печати:
- Первый этап: выживаемость. Здесь рассматриваются основы, необходимые для выживания небольшой команды на Луне, например, жилых помещений.
- Этап второй: устойчивый. Это означает, что база Луны расширяется, чтобы включать больше помещений для экипажа, производственных площадей и исследовательских объектов.
- Этап третий: оперативный. На этом этапе база Луны полностью функционирует и построена для длительного проживания.
«Выбранные процессы печати позволят перерабатывать имеющиеся материалы для различных целей», - объясняет Антонелла Сгамбати из OHB System AG, управляющая проектом. «Другим важным преимуществом 3-D печати, известной как аддитивное производство, является широта возможных вариантов дизайна. Компоненты, продукты и сам процесс печати могут быть переработаны на основе их предполагаемого конечного использования на лунной базе. Могут быть приняты решения о том, как наилучшим образом связать имеющиеся материалы с аппаратным обеспечением для печати ».
Корни проекта уходят в 2013 год, когда ЕКА наняло архитектурную фирму для проектирования структуры, способной противостоять лунной среде. Кикер должен был быть сделан из лунной почвы, или, в этом случае, смоделированной лунной почвы. Архитектурная фирма Foster and Partners построила 1,5-тонный образец строительного блока. Строительный блок представлял собой полую, закрытую клеточную структуру, похожую на кости птиц.
«Как практика, мы привыкли проектировать для экстремальных климатических условий на Земле и использовать экологические выгоды от использования местных, устойчивых материалов», - отметил Ксавье Де Кестелье из Группы моделирования Foster + Partners Specialist Modeling. «Наше лунное жилье следует схожей логике».
Исследователи из ЕКА экспериментируют с симулированным лунным реголитом для 3D-печати небольших предметов, таких как винты и шестерни, и даже монеты. Реголит не слишком сложен для симуляции и содержит такие вещи, как оксиды кремния, алюминия, кальция и железа. Наличие этих материалов означает, что реголит может быть сформирован в пригодные для использования формы.
Конечно, это не так просто, как вылить лунную грязь в принтер, а затем получить столь необходимые предметы. Сначала моделируемый лунный реголит измельчается до размера частиц. Затем его смешивают со связующим, который реагирует на свет. Объект печатается из полученной смеси, затем подвергается воздействию света, чтобы затвердеть, и, наконец, запекается в духовке. Согласно ESA, готовый продукт похож на кусок керамики из лунной пыли.
Одним из наиболее интересных потенциальных будущих применений 3D-печати в космических исследованиях является область медицинского обслуживания, и она называется «биопечать». Астронавты, отправившиеся на Луну на миссии «Аполлон», отсутствовали около 12 дней и взяли с собой небольшую аптечку. Но для такого вида долгосрочного пребывания, которое космонавты будут испытывать на базе Луны, вероятно, потребуется более высокий уровень медицинской помощи.
«Мы спрашиваем, что понадобится астронавтам в краткосрочной, среднесрочной и долгосрочной перспективе, и какие шаги необходимы для того, чтобы вырастить 3D-биопечать до уровня, когда он может быть полезен в космосе». - Томмазо Гидини, руководитель отдела конструкций, механизмов и материалов ЕКА.
ESA изучает 3D-печать и то, как она может помочь в оказании медицинской помощи космонавтам на Луне или в других местах. По словам ведущей группы экспертов по 3D-биопечатанию, которые собрались на двухдневном семинаре ESA по медицинской 3D-печати, астронавты, отправившиеся в дальний космос, могли бы получить медицинское лечение с использованием 3D-печати на коже, кости и - один день - целых органов.
Эта идея вращается вокруг идеи «био-чернил». Они основаны на клетках человека и питательных веществах и материалах, необходимых для восстановления тканей организма, таких как кожа, кости и хрящи. Далее в будущее идея печати целых органов. На данный момент это довольно умозрительно, но медицинская 3D-печать, скорее всего, появится в будущем.
«Мы спрашиваем, что понадобится астронавтам в краткосрочной, среднесрочной и долгосрочной перспективе, и какие шаги необходимы для достижения 3D биопечати до уровня, когда она может быть полезна в космосе», - сказал Томмазо Гидини, глава Структуры, Механизма ЕКА, и отдел материалов. «Мы определяем план развития и сроки, с целью, чтобы эта группа стала научной рабочей группой в будущем, продвигая прогресс».
3D-биопечать позволяет изолированным экипажам в космосе подготовиться к большему количеству аварийных ситуаций, чем это возможно при использовании современных технологий. В космосе, на Луне или на другой планете пространство в жилых помещениях имеет большую цену. Полностью укомплектованный медицинский центр это роскошные космонавты вряд ли смогут себе позволить. ESA использует ожог в качестве примера, чтобы проиллюстрировать преимущества 3D-биопечати.
Серьезные ожоговые травмы обычно лечат с помощью кожных трансплантатов из другого места на теле пациента. Это включает вторичное повреждение трансплантируемой области, далекое от идеального, когда исследования показывают, что орбитальная среда затрудняет заживление ран. Вместо этого новая кожа может быть выращена и подвергнута биопечати из собственных клеток пациента, а затем трансплантирована напрямую.
В ЕКА растет энтузиазм по поводу базы на Луне. Это следующий логический шаг, который дополняет Шлюз Глубокого Космоса как отправную точку для дальнейшего изучения Солнечной системы. Существует множество технологий, продвигающих все усилия вперед, из которых только Аддитивное Производство или 3D-печать. Но сейчас тестирование большинства этих технологий должно проходить здесь, на Земле, в средах, которые имитируют важные аспекты лунной среды.
Некоторые из этих технологий испытываются на базе ESA Pangea-X Moon на Лансароте на Канарских островах. Лансароте является идеальным местом для тестирования некоторых геологических аспектов миссии на Луну или на Марс. В частности, он будет тестировать технологии для отбора образцов горных пород.
Даже то, что кажется таким простым, как отбор образцов горных пород, сталкивается с многочисленными трудностями в космическом пространстве. В частности, задержки связи могут сделать все более сложным. На прошлой неделе эксперимент под названием Analog-1 проверил научные, эксплуатационные и коммуникационные аспекты исследовательской миссии. Астронавт ЕКА Матиас Маурер будет находиться в Пангея-Х и будет осуществлять дистанционное управление ровером, расположенным в Нидерландах. Для этого он будет использовать технологию, которая называется Электронная полевая книга.
Электронная полевая книга - это инструмент, который объединяет позиционирование в реальном времени, обмен данными, голосовой чат и многое другое. Это эксперимент, который астронавт ЕКА Лука Пармитано проведет в следующем году с Международной космической станции. Полевая книга позволяет ученым-специалистам вести астронавтов к отбору лучших образцов.
Будь то 3D-печать конструкций, биомедицинская 3D-печать или все другие технологии, которые необходимо развивать и совершенствовать, ясно, что ESA смотрит на лунную основу.
- Пресс-релиз ЕКА: Future Moon Base
- Пресс-релиз ЕКА: Pangea-X Moon база
- Пресс-релиз ЕКА: 3D-печать кожи, костей и частей тела изучается для будущих астронавтов
- Пресс-релиз ЕКА: Создание лунной базы с 3D-печатью
