¿Por qué en el futuro las naves espaciales se harán por extrusión?

Han pasado 50 años desde el aterrizaje del hombre en la luna [y 62 años desde que el primer satélite artificial fue puesto en órbita / aprox. transl.], pero, a pesar de todos los increíbles avances tecnológicos recibidos desde ese momento, todavía tenemos que ir al espacio profundo más allá del programa Apollo. El salto gigante que todos esperaban después del alunizaje, por ejemplo, un vuelo tripulado a Venus, no sucedió. Desde entonces, nos hemos quedado atrapados en la órbita terrestre baja (DOE), y el regreso al espacio profundo se retrasa constantemente por algunos años más.

Pero por que? En resumen, los viajes espaciales son extremadamente caros. También son peligrosos y complejos, pero los últimos argumentos se desvanecen ante la increíble puntuación que cualquier país encontrará cuando intente enviar personas al espacio a más de unos pocos cientos de kilómetros sobre la superficie de la Tierra. Para que tengamos la oportunidad de volar lejos de esta piedra, el costo de poner un kilogramo de carga en órbita debería caer bruscamente.

Afortunadamente, finalmente estamos comenzando a observar desarrollos positivos en este frente: las compañías espaciales privadas están comenzando a reducir el costo de colocar cargas útiles en el espacio. En los mejores años, el transbordador espacial podría lanzar 27500 kg de carga en la NOU a un costo de $ 500 millones por lanzamiento. Hoy, el Falcon Heavy de SpaceX puede transportar 63.800 kg de carga en menos de $ 100 millones. Hasta ahora, no es una bagatela, sino un cambio casi revolucionario.


Módulo de carga útil de cohete Falcon Heavy

Sin embargo, hay un matiz. Los cohetes producidos por SpaceX y otras compañías privadas son relativamente pequeños. Aunque el Falcon Heavy levanta la carga más del doble que la lanzadera, su volumen interno es mucho menor. Esto no sería un problema si llevamos ladrillos de plomo al espacio, pero cualquier nave espacial destinada a humanos tendrá que ser relativamente grande, y debería haber bastante espacio libre en ella. Por ejemplo, el módulo ISS más grande no cabría físicamente en el carenado Falcon Heavy, aunque su peso es de solo 15.900 kg.

Para maximizar las capacidades de los misiles con un volumen limitado, es necesario cambiar el enfoque para el desarrollo y la construcción de naves tripuladas. Especialmente diseñado para vuelos de larga duración. Resulta que es sobre este tema que se están realizando estudios muy interesantes. En lugar de enviar el barco ensamblado a la órbita, se espera que al final podamos enviar materias primas al espacio e imprimir todo en su lugar.

Requiere ensamblaje adicional

Tomó más de 20 años y 36 lanzamientos de transbordadores para ensamblar la ISS a su estado actual, sin embargo, en total, todos los módulos son de aproximadamente 400,000 kg. Si pudiéramos trabajar solo con la masa total, si pudiéramos derretir la EEI y ponerla en órbita en una forma más densa, los cohetes comerciales como el Falcon Heavy o New Glenn de Blue Origin podrían hacerlo en unos pocos vuelos.

Obviamente, no hay tecnologías que nos permitan recoger en órbita una estación espacial o nave en funcionamiento para volar a Marte desde algún tipo de líquido. Pero incluso con el estado actual de la tecnología de modelado de deposición fundida (MMD) o la impresión 3D, según algunos investigadores, podemos crear grandes estructuras en órbita. Imagine que lanzamos a los globos oculares un cohete lleno de materias primas y una impresora robótica capaz de extrusión y ensamblaje de piezas estructurales.


Manos robóticas recogen guías de impresoras 3D

En este caso, un cohete pesado, en principio, puede recolectar material para la construcción de una granja, cuyo tamaño excederá todo lo que la humanidad haya puesto en el espacio. Una vez completada la impresión central, los siguientes lanzamientos pueden entregar e instalar equipos, por ejemplo, paneles solares y módulos residenciales para el equipo. Y aunque su creación aún requerirá trabajo de ensamblaje en la Tierra, la capacidad de crear un "esqueleto" en órbita reducirá increíblemente el tiempo y el costo de construir tales estructuras.

Esto puede sonar a ciencia ficción para usted, pero fue para demostrar tales capacidades que Made In Space de Mountain View, California, recibió recientemente un contrato de $ 74 millones de la NASA. En los próximos años, la compañía planea lanzar el satélite Archinavt-1 , capaz de utilizar la tecnología de impresión 3D en el espacio, que introdujo por primera vez a bordo de la EEI en 2014. Una vez que entró en órbita, el satélite creará dos haces de 10 metros de largo, saliendo desde ambos lados de la nave. Si tiene éxito, la "envergadura" del Archinaut será mayor que la del transbordador; a pesar de que irá al espacio en un compartimento en miniatura del vehículo de lanzamiento "Electron" de 1,2 m de ancho.

Listado de taller húmedo

Al desarrollar el enorme cohete Saturn-5 para el programa Apollo, Werner von Braun tuvo una gran idea. ¿Por qué no utilizar la segunda etapa del cohete como una estación espacial separada, en lugar de dejarla caer después de que se quede sin combustible?

Creía que un tanque de hidrógeno líquido les daría a los astronautas suficiente espacio para vivir y trabajar allí, solo necesitan poner el gas restante en el espacio. Luego, el equipo que llegue al segundo cohete abrirá la escotilla en la parte superior del tanque e ingresará al "módulo de equipo", que contendrá inventario, equipo y una puerta de atraque.



Desafortunadamente, esta estación hipotética, que se llamó el "taller húmedo", porque se suponía que debía ir al espacio con hidrógeno líquido en el interior, no iba más allá de los tableros de dibujo. Como resultado, la NASA decidió equipar la tercera etapa de Saturno-5 con una estación espacial separada directamente en la Tierra y lanzarla directamente al espacio. T.N. El "taller seco" finalmente se convirtió en Skylab, la primera estación espacial estadounidense.

Y aunque la impresión 3D no es tan "húmeda" como Werner von Braun se imaginó en esos años, en última instancia puede permitirnos crear estaciones espaciales con un principio similar. Empresas como Lockheed Martin y Relativity Space ya están utilizando la impresión 3D para crear tanques de combustible en la Tierra. Si los intentos de imprimir granjas en el espacio tienen éxito en Made In Space, el siguiente paso lógico sería optimizar esta tecnología para imprimir tanques para el espacio.

Si en el espacio será posible imprimir un cilindro hueco de suficiente resistencia y diámetro, será posible instalar escotillas en él y tomar aire. Después de comprobar si hay fugas, los equipos de personas podrían instalar equipos y todas las herramientas necesarias para convertirlos en módulos residenciales para estaciones o barcos en tales cilindros. Dichos módulos impresos se pueden hacer de cualquier longitud, dependiendo de las necesidades de la misión, incluidas las longitudes que exceden con creces las capacidades de los tanques para la carga útil en cualquiera de los misiles existentes o planeados.

A la luna y más allá

Las estructuras impresas en órbita pueden desempeñar un papel en el regreso de la humanidad a la luna y en un futuro viaje a Marte. Los ahorros potenciales al lanzar cohetes con materiales de construcción son demasiado grandes para ser ignorados. Este enfoque definitivamente tiene sus problemas técnicos, pero no parecen insuperables, dados los estudios que ya se están llevando a cabo con la impresión 3D a bordo de la ISS.

Sin embargo, no importa cómo las personas lleguen a nuestro vecino celestial más cercano, el Planeta Rojo, seguramente encontrarán que la impresión 3D es una herramienta invaluable. Aunque solo estamos aprendiendo a imprimir en el espacio, tenemos muchas décadas de experiencia en la fabricación aditiva en tierra firme. La gravedad reducida en la Luna o Marte no cambiará fundamentalmente la física de MMN, y los materiales locales pueden ser adecuados para crear grandes estructuras a partir de ellos.

Entonces, si las personas usarán la impresión 3D para crear una estación espacial donde entrenarán, una nave en la que abandonarán la Tierra o estructuras donde realizarán investigaciones en la superficie de los planetas, una cosa está clara: esta tecnología se convertirá en una herramienta invaluable para futuros estudios. otros mundos