科學家擬用激光熔化月表土建造月球基礎設施

騰訊太空2019-06-12 01:10:54


月球不僅是距離地球最近的天體,同時也是未來火星任務和深空探索任務的一個天然中轉站。無論是美國宇航局、俄羅斯聯邦航天局、歐洲航天局還是中國的航天機構都希望在不久的將來執行載人探月任務同時建造月球基地,用於補給深空探索任務。歐洲科學家希望將激光系統送上月球,將月表土變成建築材料,而後利用3D打印技術建造各種設施。



探月任務藝術概念圖。月球是未來火星任務和深空探索任務的一個天然中轉站,中美俄歐的航天機構希望在不久的將來執行載人探月任務並建造月球基地


對於月球基地,當前的所有提議都圍繞“就地取材”和“3D打印”展開。具體地說,就是向月球派遣機器人,讓機器人利用月表土建造各種設施。為了實現這個目標,漢諾威激光中心和布倫瑞克工業大學空間系統研究所的科學家研發了一種激光系統,能夠將月球塵土變成建築材料。


就地取材生產建築材料是未來太空探索任務的必備能力。目前,向月球發射有效載荷的成本仍高的驚人,每公斤在78萬美元左右。因此,最具成本效益的方案就是直接利用月球表面的資源,建造各種設施。



月球基地藝術概念圖,利用3D打印機就地取材建造


漢諾威激光中心和空間系統研究所合作實施了一項名為“月出”的計劃,旨在將激光技術與月球車結合在一起。漢諾威激光中心的助理研究員尼克拉斯·格德斯在一份新聞稿中指出:“我們希望將一個激光系統送上月球,用於熔化月表土。在將增材製造技術,也就是3D打印機部署到月球的道路上,這是我們需要邁出的第一步。”


作為一項技術展示計劃,“月出”計劃的目的是驗證漢諾威激光中心和空間系統研究所合作團隊設計的輕型激光系統。該系統的重量不到3公斤。研究小組希望證明這個系統能夠熔化月表土,將其轉化後具有多種用途的建築材料。



月球基地藝術概念圖,由機器人藉助3D打印技術建造


與科學家正在探索的其它3D打印技術一樣,“月出”計劃將把月表土變成熔瓷。這種粘稠的液體隨後被3D打印機噴出,而後在冰冷的月表環境下凝固,形成結構的地基、牆壁和內部。歐洲航天局計劃利用這項技術建造名為“國際月球村”的月球基地,充當國際空間站的繼任者。


“月出”號系統將由柏林太空探索公司“兼職科學家”(PTScientists)送上月球。這家公司總部設在柏林,致力於提供平民價的月球之旅方案。據悉,“月出”號將與“兼職科學家”研製的自主著陸和導航模塊(ALINA)以及奧迪月球四輪車一同發射。



歐航局國際月球村藝術概念圖


登月後,“月出”號將利用激光熔化月表土,而後藉助3D打印機建造預先設計的結構。高分辨率攝像機將記錄下整個建造過程。研究小組表示如果這項實驗取得成功,“月出”號採用的技術可以擴大生產規模,用於建造所有月球基礎設施,例如地基、道路和著陸場。


實驗的成功標誌著持續9個月的“月出”號任務相關測試達到高潮。致力於資助尖端研究的大眾基金會為這些測試提供了資金支持。空間系統研究所的恩里科·斯托爾教授指出這將成為一項獲利豐厚的合作計劃。數年的不懈努力究竟會取得怎樣的成果?月表實地測試將給出答案。



      豐田計劃研製的自駕駛加壓月球車。宇航員無需穿航天服便可乘坐這款月球車,即使穿著笨重的航天服,也有足夠的進出空間。這款月球車採用燃料電池,只會排放水和多餘空氣


斯托爾說:“2015年以來,空間系統研究所和漢諾威激光中心便開始合作研究‘月出’號任務的相關技術。通過這項計劃,我們有機會在地球和地球軌道以外的地方展示增材製造技術,就此創造歷史上的一個第一。”


此前的測試驗證了該系統的激光硬件和光學儀器,測試結果令人欣慰。此外,研究小組還使用類似於月表土的材料,以確定激光能否熔化月表土。現在,研究小組正想辦法將激光器整合到月球車的載荷艙,以便從月球車底部發射激光。



休斯敦公司“直覺機器”的概念登月器Nova-C。這款好似R2D2的登月器能夠做到7天24小時數據覆蓋,至少可搭載85公斤有效負荷。“直覺機器”表示他們可以在月球上的任何地區著陸


完成整合任務後,研究小組將對整個系統進行測試,以確定能否經受住太空飛行的考驗。測試過程中,“月出”號將遭遇發射過程中會出現的劇烈震動。此外,巨大的溫度變化也是一個不小的挑戰。除了這項測試,研究小組還要測試激光在低重力環境下的性能。


漢諾威激光中心科學理事會主席魯德格·歐文梅耶教授指出:“有了剛剛開放的漢諾威科技研究中心HITec和‘愛因斯坦’電梯,未來我們可以在漢諾威-布倫瑞克的大都市區使用必要的基礎設施,進行太空方面的尖端研究。有了愛因斯坦電梯,我們能夠模擬月球的引力環境。在這個大型研究設施進行的實驗將為這項非凡的計劃打下堅實基礎。”



      洛克希德·馬丁公司的登月器概念圖,以已故美國宇航員布魯斯·麥克坎德雷斯的名字命名。洛馬錶示這款登月器能夠將數百公斤的大型有效載荷——包括固定的科學儀器、可部署的漫遊者,甚至於樣本返回裝置——送上月球


空間系統研究所的工程師斯特凡·林克表示:“毫無疑問,能夠利用現有技術處理月表土對未來的探索任務至關重要。這項計劃的成功意味著我們可以在月球上實施規摸更大且更具有可持續性的項目。”


不管月球實地測試的結果如何,“月出”號任務都將提供重要的科學和技術數據,幫助科學家瞭解月表3D打印的可行性。最終,這些測試以及其它測試將幫助科學家制定未來幾十年的探索計劃,包括歐航局的國際月球村以及其它月球前哨。


      翻譯:牛樹軍

      編輯:Suri



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