Por que no futuro as naves espaciais serão feitas por extrusão

50 anos se passaram desde o pouso do homem na lua [e 62 anos desde que o primeiro satélite artificial foi colocado em órbita / aprox. trad.], mas, apesar de todos os incríveis avanços tecnológicos recebidos desde aquele momento, ainda temos que ir para o espaço profundo além do que o programa Apollo fez. O grande salto que todos estavam esperando após o pouso na lua, por exemplo, um voo tripulado para Vênus, não aconteceu. Desde então, ficamos presos na órbita baixa da Terra (DOE), e o retorno ao espaço profundo é constantemente adiado por mais alguns anos.

Mas porque? Em suma, as viagens espaciais são extremamente caras. Eles também são perigosos e complexos, mas os últimos argumentos desaparecem antes da incrível pontuação que qualquer país encontrará quando tentar enviar pessoas ao espaço a mais de algumas centenas de quilômetros acima da superfície da Terra. Para termos a chance de fugir desta pedra, o custo de colocar um quilograma de carga em órbita deve cair drasticamente.

Felizmente, finalmente começamos a observar desenvolvimentos positivos nessa frente.As empresas de espaço privado estão começando a diminuir o custo de colocar cargas úteis no espaço. Nos melhores anos, o ônibus espacial poderia lançar 27500 kg de carga no NOU a um custo de US $ 500 milhões por lançamento. Hoje, o Falcon Heavy da SpaceX pode transportar 63.800 kg de carga em menos de US $ 100 milhões. Até agora, não é um pouquinho, mas uma mudança quase revolucionária.


Módulo de carga útil de foguetes Falcon Heavy

No entanto, há uma nuance. Os foguetes produzidos pela SpaceX e outras empresas privadas são relativamente pequenos. Embora o Falcon Heavy eleve a carga mais que o dobro da lançadeira, seu volume interno é muito menor. Isso não seria um problema se transportássemos tijolos de chumbo para o espaço, mas qualquer espaçonave destinada a humanos teria que ser relativamente grande e haveria bastante espaço livre nela. Por exemplo, o maior módulo ISS não se encaixaria fisicamente na carenagem Falcon Heavy, embora seu peso seja de apenas 15.900 kg.

Para maximizar as capacidades de mísseis com um volume limitado, é necessário mudar a abordagem para o desenvolvimento e construção de navios tripulados. Especialmente projetado para voos de longa duração. Acontece que é sobre esse assunto que estudos muito interessantes estão sendo realizados. Em vez de enviar a nave montada em órbita, espera-se que, no final, possamos enviar matérias-primas para o espaço e imprimir tudo no lugar.

Montagem adicional necessária

Foram necessários mais de 20 anos e 36 lançamentos de ônibus espaciais para montar a ISS em seu estado atual; no entanto, no total, todos os módulos são de aproximadamente 400.000 kg. Se pudéssemos trabalhar apenas com a massa total, se pudéssemos derreter a ISS e colocá-la em órbita de uma forma mais densa, foguetes comerciais como o Falcon Heavy ou o New Glenn da Blue Origin poderiam fazer isso em alguns vôos.

Obviamente, não existem tecnologias que nos permitam coletar em órbita uma estação espacial de trabalho ou enviar para voar para Marte a partir de algum tipo de líquido. Mas, mesmo com o estado atual da tecnologia de modelagem de deposição por fusão (MMD) ou impressão 3D, de acordo com alguns pesquisadores, podemos criar grandes estruturas em órbita. Imagine que lançamos ao globo ocular um foguete cheio de matérias-primas e uma impressora robótica capaz de extrusão e montagem de peças estruturais.


Mãos robóticas coletam guias de impressora 3D

Nesse caso, um foguete pesado, em princípio, pode coletar material para a construção de uma fazenda, cujo tamanho excederá tudo o que a humanidade já colocou no espaço. Após a conclusão da impressão central, os seguintes lançamentos podem fornecer e instalar equipamentos, por exemplo, painéis solares e módulos residenciais para a equipe. E embora sua criação ainda exija trabalho de montagem na Terra, a capacidade de criar um "esqueleto" em órbita reduzirá incrivelmente o tempo e o custo de construção de tais estruturas.

Isso pode parecer ficção científica para você, mas foi para demonstrar esses recursos que a Made In Space de Mountain View, Califórnia, recebeu recentemente um contrato de US $ 74 milhões da NASA. Nos próximos anos, a empresa planeja lançar o satélite Archinavt-1 , capaz de usar a tecnologia de impressão 3D no espaço, que introduziu a bordo da ISS em 2014. Tendo entrado em órbita, o satélite criará dois feixes de 10 metros de comprimento, saindo de ambos os lados do navio. Se for bem-sucedida, a "envergadura" do arquinauta será maior que a do ônibus espacial; apesar do fato de ele entrar no espaço em um compartimento em miniatura do veículo de lançamento "Electron" com 1,2 m de largura.

Listagem de oficina molhada

Ao desenvolver o enorme foguete Saturn-5 para o programa Apollo, Werner von Braun teve uma ótima idéia. Por que não usar o segundo estágio do foguete como uma estação espacial separada, em vez de soltá-lo após ficar sem combustível?

Ele acreditava que um tanque de hidrogênio líquido daria aos astronautas espaço suficiente para viver e trabalhar lá - eles só precisam colocar o gás restante no espaço. Então, a equipe que chegar ao segundo foguete abrirá a escotilha na parte superior do tanque e entrará no “módulo de equipamento”, que conterá inventário, equipamento e um portão de ancoragem.



Infelizmente, essa estação hipotética, chamada de "oficina úmida", porque deveria entrar no espaço com hidrogênio líquido no interior, não foi além das pranchetas. Como resultado, a NASA decidiu equipar o terceiro estágio do Saturn-5 com uma estação espacial separada diretamente na Terra e lançá-lo diretamente no espaço. T.N. A “oficina a seco” acabou se transformando no Skylab, a primeira estação espacial americana.

E, embora a impressão 3D não seja tão "úmida" quanto Werner von Braun imaginava naqueles anos, ela pode nos permitir criar estações espaciais com um princípio semelhante. Empresas como a Lockheed Martin e a Relativity Space já estão usando a impressão 3D para criar tanques de combustível na Terra. Se as tentativas de imprimir fazendas no espaço forem bem-sucedidas na Made In Space, o próximo passo lógico seria otimizar essa tecnologia para imprimir tanques no espaço.

Se, no espaço, for possível imprimir um cilindro oco com resistência e diâmetro suficientes, será possível instalar escotilhas nele e reter ar. Tendo verificado vazamentos, equipes de pessoas poderiam instalar equipamentos e todas as ferramentas necessárias para transformá-los em módulos residenciais para estações ou navios em tais cilindros. Tais módulos impressos podem ser feitos de qualquer comprimento, dependendo das necessidades da missão - incluindo comprimentos que excedem em muito as capacidades dos tanques de carga útil em qualquer um dos mísseis existentes ou planejados.

Para a lua e além

Impresso em estruturas em órbita pode desempenhar um papel no retorno da humanidade à lua e em uma futura jornada a Marte. As economias potenciais ao lançar foguetes com materiais de construção são grandes demais para serem ignoradas. Essa abordagem definitivamente tem seus problemas técnicos, mas eles não parecem intransponíveis, dados os estudos que já estão sendo realizados com a impressão 3D a bordo da ISS.

No entanto, não importa como as pessoas cheguem ao nosso vizinho celeste mais próximo, o Planeta Vermelho, elas certamente acharão a impressão 3D uma ferramenta inestimável. Embora estejamos apenas aprendendo a imprimir no espaço, temos muitas décadas de experiência na fabricação aditiva em solo sólido. A gravidade reduzida na Lua ou em Marte não mudará fundamentalmente a física do MMN, e os materiais locais podem ser adequados para criar grandes estruturas a partir deles.

Portanto, se as pessoas usarão a impressão 3D para criar uma estação espacial onde treinam, uma nave na qual deixarão a Terra ou estruturas onde realizarão pesquisas na superfície dos planetas, uma coisa é clara: essa tecnologia se tornará uma ferramenta valiosa para estudos futuros outros mundos.