Warum in Zukunft Raumschiffe durch Extrusion hergestellt werden

50 Jahre sind vergangen, seit der Mann auf dem Mond gelandet ist [und 62 Jahre, seit der erste künstliche Satellit in die Umlaufbahn gebracht wurde / ca. transl.], aber trotz aller unglaublichen technologischen Fortschritte, die von diesem Moment an erzielt wurden, müssen wir immer noch weiter in den Weltraum vordringen als das Apollo-Programm. Der riesige Sprung, auf den alle nach der Mondlandung warteten, zum Beispiel ein bemannter Flug zur Venus, kam nicht zustande. Seitdem stecken wir in einer niedrigen Erdumlaufbahn (DOE) fest und die Rückkehr in den Weltraum verzögert sich ständig um einige weitere Jahre.

Aber warum? Kurz gesagt, Raumfahrt ist extrem teuer. Sie sind auch gefährlich und komplex, aber die letzten Argumente verblassen vor der unglaublichen Punktzahl, auf die jedes Land stoßen wird, wenn es versucht, Menschen mehr als ein paar hundert Kilometer über der Erdoberfläche in den Weltraum zu schicken. Damit wir die Chance haben, von diesem Stein zu fliegen, sollten die Kosten für das Einbringen eines Kilogramms Fracht in die Umlaufbahn stark sinken.

Glücklicherweise beginnen wir endlich, positive Entwicklungen an dieser Front zu beobachten. Private Raumfahrtunternehmen beginnen, die Kosten für das Einbringen von Nutzlasten in den Weltraum zu senken. In den besten Jahren konnte das Space Shuttle 27500 kg Fracht an der NOU zu einem Preis von 500 Millionen US-Dollar pro Start starten. Heute kann der Falcon Heavy von SpaceX 63.800 kg Fracht in weniger als 100 Millionen US-Dollar befördern. Bisher keine Kleinigkeit, sondern eine fast revolutionäre Veränderung.


Falcon Schweres Raketennutzlastmodul

Es gibt jedoch eine Nuance. Die von SpaceX und anderen privaten Unternehmen produzierten Raketen sind relativ klein. Obwohl der Falcon Heavy die Last mehr als doppelt so stark anhebt wie das Shuttle, ist sein Innenvolumen viel geringer. Dies wäre kein Problem, wenn wir Bleiziegel in den Weltraum befördern würden, aber jedes für Menschen bestimmte Raumschiff muss relativ groß gemacht werden, und es sollte ziemlich viel freier Raum darin sein. Zum Beispiel würde das größte ISS-Modul physisch nicht in die Falcon Heavy-Verkleidung passen, obwohl sein Gewicht nur 15.900 kg beträgt.

Um die Fähigkeiten von Raketen mit einem begrenzten Volumen zu maximieren, muss der Ansatz für die Entwicklung und den Bau bemannter Schiffe geändert werden. Speziell für Langzeitflüge konzipiert. Es stellt sich heraus, dass zu diesem Thema sehr interessante Studien durchgeführt werden. Anstatt das zusammengebaute Schiff in die Umlaufbahn zu schicken, hoffen wir, dass wir am Ende Rohstoffe in den Weltraum schicken und alles an Ort und Stelle drucken können.

Zusätzliche Montage erforderlich

Es dauerte mehr als 20 Jahre und 36 Shuttle-Starts, um die ISS in ihren aktuellen Zustand zu versetzen. Insgesamt sind jedoch alle Module ungefähr 400.000 kg schwer. Wenn wir nur mit der Gesamtmasse arbeiten könnten, wenn wir die ISS schmelzen und in dichterer Form in die Umlaufbahn bringen könnten, könnten kommerzielle Raketen wie die Falcon Heavy oder New Glenn von Blue Origin dies in wenigen Flügen tun.

Offensichtlich gibt es keine Technologien, die es uns ermöglichen, eine funktionierende Raumstation oder ein Schiff im Orbit zu sammeln, um aus einer Flüssigkeit zum Mars zu fliegen. Aber selbst mit dem aktuellen Stand der MMD-Technologie (Fused Deposition Modeling ) oder des 3D-Drucks können wir nach Ansicht einiger Forscher große Strukturen im Orbit erzeugen. Stellen Sie sich vor, wir haben eine gefüllte Rakete mit Rohstoffen und einen Roboterdrucker auf die Augäpfel geschossen, der aus Strukturteilen extrudiert und zusammengebaut werden kann.


Roboterhände sammeln 3D-Druckerführungen

In diesem Fall kann eine schwere Rakete im Prinzip Material für den Bau einer Farm sammeln, deren Größe alles übersteigt, was die Menschheit jemals in den Weltraum gebracht hat. Nach Abschluss des Kerndrucks können die folgenden Produkteinführungen Geräte liefern und installieren, z. B. Solarmodule und Wohnmodule für das Team. Und obwohl ihre Erstellung noch Montagearbeiten auf der Erde erfordert, wird die Fähigkeit, ein "Skelett" im Orbit zu erstellen, die Zeit und die Kosten für den Bau solcher Strukturen unglaublich reduzieren.

Für Sie mag dies wie Science-Fiction klingen, aber es sollte solche Fähigkeiten demonstrieren, dass Made In Space aus Mountain View, Kalifornien, kürzlich einen Vertrag über 74 Millionen US-Dollar von der NASA erhalten hat. In den nächsten Jahren plant das Unternehmen den Start des Satelliten Archinavt-1 , der 3D-Drucktechnologie im Weltraum einsetzen kann und erstmals 2014 an Bord der ISS eingeführt wurde. Nach dem Eintritt in die Umlaufbahn erzeugt der Satellit zwei 10 Meter lange Strahlen, die von beiden Seiten des Schiffes ausgehen. Bei Erfolg ist die Flügelspannweite des Archinaut größer als die des Shuttles. trotz der Tatsache, dass er in einem 1,2 m breiten Miniaturabteil der Trägerrakete "Electron" ins All gehen wird.

Nasse Werkstattliste

Bei der Entwicklung der massiven Saturn-5-Rakete für das Apollo-Programm hatte Werner von Braun eine großartige Idee. Warum nicht die zweite Stufe der Rakete als separate Raumstation verwenden, anstatt sie fallen zu lassen, nachdem der Treibstoff ausgeht?

Er glaubte, dass ein Tank mit flüssigem Wasserstoff den Astronauten genügend Platz geben würde, um dort zu leben und zu arbeiten - sie müssten nur das verbleibende Gas in den Weltraum bringen. Dann öffnet das Team, das mit der zweiten Rakete ankommt, die Luke im oberen Teil des Panzers und betritt das „Ausrüstungsmodul“, das Inventar, Ausrüstung und ein Docking-Tor enthält.



Leider ging diese hypothetische Station, die als „Nasswerkstatt“ bezeichnet wurde, weil sie mit flüssigem Wasserstoff im Inneren in den Weltraum gehen sollte, nicht über die Zeichenbretter hinaus. Infolgedessen beschloss die NASA, die dritte Stufe des Saturn-5 mit einer separaten Raumstation direkt auf der Erde auszustatten und direkt in den Weltraum zu bringen. T.N. Aus der „Trockenwerkstatt“ wurde schließlich Skylab, die erste amerikanische Raumstation.

Und obwohl der 3D-Druck nicht so „nass“ ist, wie Werner von Braun es sich damals vorgestellt hat, können wir letztendlich Raumstationen nach einem ähnlichen Prinzip erstellen. Unternehmen wie Lockheed Martin und Relativity Space verwenden bereits 3D-Druck , um Kraftstofftanks auf der Erde herzustellen. Wenn Versuche, Farmen im Weltraum zu drucken, bei Made In Space erfolgreich sind, besteht der nächste logische Schritt darin, diese Technologie für das Drucken von Tanks für den Weltraum zu optimieren.

Wenn es im Weltraum möglich ist, einen Hohlzylinder mit ausreichender Festigkeit und ausreichendem Durchmesser zu drucken, können Luken eingebaut und Luft aufgefangen werden. Nach der Überprüfung auf Lecks konnten Teams von Personen Geräte und alle Werkzeuge installieren, die erforderlich sind, um sie in Wohnmodule für Stationen oder Schiffe in solchen Zylindern umzuwandeln. Solche gedruckten Module können abhängig von den Anforderungen der Mission beliebig lang sein - einschließlich Längen, die die Kapazität der Tanks für die Nutzlast einer der vorhandenen oder geplanten Raketen bei weitem überschreiten.

Zum Mond und darüber hinaus

Gedruckte Umlaufbahnstrukturen können eine Rolle bei der Rückkehr der Menschheit zum Mond und bei einer zukünftigen Reise zum Mars spielen. Die potenziellen Einsparungen durch den Start von Raketen mit Baumaterialien sind zu groß, um ignoriert zu werden. Dieser Ansatz hat definitiv seine technischen Probleme, aber sie sehen angesichts der Studien, die bereits mit 3D-Druck an Bord der ISS durchgeführt werden, nicht unüberwindbar aus.

Unabhängig davon, wie die Menschen zu unserem nächsten himmlischen Nachbarn, dem Roten Planeten, gelangen, wird der 3D-Druck mit ziemlicher Sicherheit ein unschätzbares Werkzeug sein. Obwohl wir gerade erst lernen, wie man im Weltraum druckt, verfügen wir über jahrzehntelange Erfahrung in der additiven Fertigung auf festem Grund. Eine verringerte Schwerkraft auf dem Mond oder dem Mars wird die Physik von MMN nicht grundlegend verändern, und lokale Materialien können geeignet sein, daraus große Strukturen zu erzeugen.

Ob die Menschen 3D-Druck verwenden, um eine Raumstation zu erstellen, auf der sie trainieren, ein Schiff, auf dem sie die Erde verlassen, oder Strukturen, auf denen sie auf der Oberfläche der Planeten forschen, eines ist klar: Diese Technologie wird zu einem unschätzbaren Werkzeug für zukünftige Studien andere Welten.