Pourquoi à l'avenir les vaisseaux spatiaux seront fabriqués par extrusion

50 ans se sont écoulés depuis l'atterrissage de l'homme sur la lune [et 62 ans depuis la mise en orbite du premier satellite artificiel / env. trad.], mais, malgré toutes les avancées technologiques incroyables reçues à partir de ce moment, nous devons encore aller dans l'espace lointain plus loin que le programme Apollo. Le saut géant que tout le monde attendait après l'atterrissage sur la lune, par exemple, un vol habité vers Vénus, ne s'est pas produit. Depuis lors, nous sommes coincés en orbite terrestre basse (DOE) et le retour dans l'espace lointain est constamment retardé de quelques années de plus.

Mais pourquoi? En bref, les voyages dans l'espace sont extrêmement coûteux. Ils sont également dangereux et complexes, mais les derniers arguments s'estompent devant le score incroyable que tout pays rencontrera lorsqu'il tentera d'envoyer des personnes dans l'espace à plus de quelques centaines de kilomètres au-dessus de la surface de la Terre. Pour que nous puissions nous échapper de cette pierre, le coût de la mise en orbite d'un kilogramme de cargaison devrait fortement baisser.

Heureusement, nous commençons enfin à observer des évolutions positives sur ce front. Les sociétés spatiales privées commencent à réduire le coût de mise en charge des charges utiles dans l'espace. Dans les meilleures années, la navette spatiale pourrait lancer 27500 kg de fret à l'UNO au coût de 500 millions de dollars par lancement. Aujourd'hui, le Falcon Heavy de SpaceX peut transporter 63 800 kg de fret en moins de 100 millions de dollars. Jusqu'à présent, pas une bagatelle, mais un changement presque révolutionnaire.


Module de charge utile de fusée lourde Falcon

Cependant, il y a une nuance. Les fusées produites par SpaceX et d'autres sociétés privées sont relativement petites. Bien que le Falcon Heavy soulève la charge plus de deux fois plus que la navette, son volume interne est beaucoup moins élevé. Ce ne serait pas un problème si nous transportions des briques de plomb dans l'espace, mais tout vaisseau spatial destiné aux humains devra être relativement grand, et il devrait y avoir beaucoup d'espace libre. Par exemple, le plus grand module ISS ne rentrerait pas physiquement dans le carénage Falcon Heavy, bien que son poids ne soit que de 15 900 kg.

Pour maximiser les capacités des missiles avec un volume limité, il est nécessaire de changer l'approche du développement et de la construction des navires habités. Spécialement conçu pour les vols de longue durée. Il s'avère que c'est à ce sujet que des études très intéressantes sont menées. Au lieu d'envoyer le vaisseau assemblé en orbite, on espère qu'à la fin nous pourrons envoyer des matières premières dans l'espace et tout imprimer en place.

Assemblage supplémentaire requis

Il a fallu plus de 20 ans et 36 navettes ont été lancées pour assembler l'ISS à son état actuel, mais au total, tous les modules pèsent environ 400 000 kg. Si nous ne pouvions travailler qu'avec la masse totale, si nous pouvions faire fondre l'ISS et le mettre en orbite sous une forme plus dense, des fusées commerciales comme le Falcon Heavy ou le New Glenn de Blue Origin pourraient le faire en quelques vols.

De toute évidence, il n'y a pas de technologies qui nous permettent de collecter en orbite une station spatiale de travail ou un navire pour voler vers Mars à partir d'une sorte de liquide. Mais même avec l'état actuel de la technologie de modélisation par dépôt fondu (MMD) ou de l'impression 3D, selon certains chercheurs, nous pouvons créer de grandes structures en orbite. Imaginez que nous lançions aux yeux une fusée remplie de matières premières et une imprimante robotique capable d'extrusion et d'assemblage à partir de pièces structurelles.


Des mains robotiques collectent des guides d'imprimante 3D

Dans ce cas, une fusée lourde, en principe, peut collecter du matériel pour la construction d'une ferme, dont la taille dépassera tout ce que l'humanité a jamais mis dans l'espace. Une fois l'impression de base terminée, les lancements suivants peuvent livrer et installer des équipements, par exemple des panneaux solaires et des modules résidentiels pour l'équipe. Et bien que leur création nécessitera toujours un travail d'assemblage sur Terre, la possibilité de créer un "squelette" en orbite réduira considérablement le temps et le coût de construction de telles structures.

Cela peut vous sembler de la science-fiction, mais c'est pour démontrer de telles capacités que Made In Space de Mountain View, en Californie, a récemment reçu un contrat de 74 millions de dollars de la NASA. Au cours des prochaines années, la société prévoit de lancer le satellite Archinavt-1 , capable d'utiliser la technologie d'impression 3D dans l'espace, qu'elle a introduit pour la première fois à bord de l'ISS en 2014. Entré en orbite, le satellite va créer deux faisceaux de 10 mètres de long, partant des deux côtés du navire. En cas de succès, l '«envergure» de l'archinaute sera supérieure à celle de la navette; malgré le fait qu'il ira dans l'espace dans un compartiment miniature du lanceur "Electron" de 1,2 m de large.

Liste des ateliers humides

Lors du développement de l'énorme fusée Saturn-5 pour le programme Apollo, Werner von Braun a eu une excellente idée. Pourquoi ne pas utiliser le deuxième étage de la fusée comme une station spatiale distincte, au lieu de la laisser tomber après qu'elle soit à court de carburant?

Il croyait qu'un réservoir d'hydrogène liquide donnerait aux astronautes suffisamment d'espace pour vivre et travailler là-bas - ils n'ont qu'à mettre le gaz restant dans l'espace. Ensuite, l'équipe arrivant sur la deuxième fusée ouvrira la trappe dans la partie supérieure du char et entrera dans le «module d'équipement», qui contiendra l'inventaire, l'équipement et une porte d'amarrage.



Malheureusement, cette station hypothétique, qui était appelée «l'atelier humide», parce qu'elle était censée aller dans l'espace avec de l'hydrogène liquide à l'intérieur, ne dépassait pas les planches à dessin. En conséquence, la NASA a décidé d'équiper le troisième étage de Saturne-5 d'une station spatiale séparée directement sur Terre et de la lancer directement dans l'espace. T.N. L '«atelier sec» s'est finalement transformé en Skylab, la première station spatiale américaine.

Et bien que l'impression 3D ne soit pas aussi «humide» que Werner von Braun l'imaginait à l'époque, elle peut finalement nous permettre de créer des stations spatiales sur un principe similaire. Des entreprises comme Lockheed Martin et Relativity Space utilisent déjà l'impression 3D pour créer des réservoirs de carburant sur Terre. Si les tentatives d'impression de fermes dans l'espace réussissent chez Made In Space, la prochaine étape logique serait d'optimiser cette technologie pour imprimer des réservoirs pour l'espace.

Si dans l'espace il sera possible d'imprimer un cylindre creux de résistance et de diamètre suffisants, il sera possible d'y installer des trappes et de reprendre l'air. Après avoir vérifié les fuites, des équipes de personnes ont pu installer des équipements et tous les outils nécessaires pour les transformer en modules résidentiels pour des stations ou des navires dans de tels cylindres. Ces modules imprimés peuvent être de n'importe quelle longueur, en fonction des besoins de la mission - y compris des longueurs qui dépassent de loin les capacités des chars pour la charge utile sur l'un des missiles existants ou prévus.

Vers la lune et au-delà

Les structures imprimées en orbite peuvent jouer un rôle dans le retour de l'humanité sur la lune et dans un futur voyage vers Mars. Les économies potentielles en lançant des fusées avec des matériaux de construction sont trop importantes pour être ignorées. Cette approche a certes ses problèmes techniques, mais ils ne semblent pas insurmontables, compte tenu des études qui sont déjà en cours avec l'impression 3D à bord de l'ISS.

Cependant, peu importe comment les gens se rendent chez notre voisin céleste le plus proche, la planète rouge, ils trouveront certainement l'impression 3D un outil inestimable. Bien que nous apprenions juste à imprimer dans l'espace, nous avons plusieurs décennies d'expérience dans la fabrication additive sur un terrain solide. Une gravité réduite sur la Lune ou sur Mars ne changera pas fondamentalement la physique du MMN, et les matériaux locaux peuvent convenir pour en créer de grandes structures.

Donc, que les gens utilisent l'impression 3D pour créer une station spatiale où ils s'entraînent, un navire sur lequel ils quitteront la Terre ou des structures où ils mèneront des recherches sur la surface des planètes, une chose est claire: cette technologie deviendra un outil précieux pour de futures études d'autres mondes.