为什么未来的太空飞船将由挤压成型



自该人登陆月球以来已经过去了50年[距第一颗人造卫星进入轨道运行已经62年了。 但是,尽管从那时起获得了令人难以置信的技术进步,但我们仍然必须比阿波罗计划更深入太空。 登月后每个人都在等待的巨大飞跃没有发生,例如有人乘飞机飞往金星。 从那时起,我们一直陷在低地球轨道(DOE)中,返回深空的时间不断推迟了几年。

但是为什么呢? 简而言之,太空旅行非常昂贵。 它们同样是危险和复杂的,但是最后的论点在任何国家试图将人们送入地球表面以上数百公里的太空时会遇到的令人难以置信的分数之前消失。 为了使我们有机会逃离这块石头,将一公斤货物送入轨道的成本应急剧下降。

幸运的是,我们终于开始在这方面看到积极的进展,私人太空公司开始降低将有效载荷送入太空的成本。 在最佳年份,航天飞机可以在国家臭氧机构发射27500千克货物,每次发射的成本为5亿美元。 如今,SpaceX的Falcon Heavy能够以不到1亿美元的价格运送63,800公斤的货物,到目前为止,这不是一件小事,而是几乎革命性的改变。


猎鹰重型火箭有效载荷模块

但是,有细微差别。 SpaceX和其他私人公司生产的火箭相对较小。 尽管Falcon Heavy的起升重量是航天飞机的两倍多,但其内部容积却要少得多。 如果我们将铅砖运送到太空中,这将不是问题,但是任何用于人类的航天器都必须做得相对较大,并且其中应该有很多自由空间。 例如,最大的ISS模块虽然重量仅为15900千克,但实际上并不能容纳在Falcon Heavy整流罩中。

为了使有限体积的导弹的能力最大化,有必要改变有人船的发展和建造方式。 专为长期飞行而设计。 事实证明,正在对此进行非常有趣的研究。 希望最终不要将组装好的舰船送入轨道,而是希望我们能够将原材料送入太空并在原地进行打印。

需要额外组装


经过20多年的时间,共发射了36次航天飞机,将ISS组装到目前状态,但是,所有模块的总重量约为40万公斤。 如果我们只能处理总质量,如果我们可以将国际空间站融化并使其以更密集的形式进入轨道,那么诸如“蓝色起源”的“猎鹰”重型或“新格伦”之类的商业火箭就可以在几次飞行中做到这一点。

显然,没有任何技术可以使我们在轨道上收集工作中的空间站或飞船,以从某种液体中飞往火星。 但是,据一些研究人员称,即使采用熔融沉积建模 (MMD)技术或3D打印的当前状态,我们也可以在轨道上创建大型结构。 想象一下,我们用原料填充的火箭和能够从结构部件中挤出和组装的机器人打印机向人们的视线发射。


机械手收集3D打印机指南

在这种情况下,原则上,一枚重型火箭可以收集用于建设农场的材料,该农场的规模将超过全人类投入太空的一切。 完成核心打印后,接下来的启动可以为团队交付和安装设备,例如太阳能电池板和住宅模块。 尽管创建它们仍然需要在地球上进行组装工作,但是在轨道上创建“骨架”的能力将极大地减少建造此类结构的时间和成本。

在您看来,这听起来像是科幻小说,但它是为了证明这种能力,因此,来自加利福尼亚山景城的“太空制造”最近获得了 NASA的7,400万美元合同 。 在接下来的几年中,该公司计划发射能够在太空中使用3D打印技术的Archinavt-1卫星,该卫星于2014年首次在国际空间站上发射。 进入轨道后,卫星将产生两束长10米的光束,从船的两侧射出。 如果成功,则“大厨”的“翼展”将大于航天飞机的“翼展”。 尽管他将进入宽度为1.2 m的“电子”运载火箭的微型舱中进入太空。



湿车间清单


在为阿波罗计划开发大型土星5火箭时,沃纳·冯·布劳恩(Werner von Braun)有一个好主意。 为什么不将火箭的第二级用作单独的空间站,而不是在燃料用完后将其丢弃?

他相信,液态氢罐将为宇航员提供足够的空间,使他们在那里生活和工作-他们只需要将剩余的气体放到太空中即可。 然后,到达第二枚火箭的团队将打开坦克上部的舱门,并进入“设备模块”,其中将包含库存,设备和对接门。



不幸的是,这个假设的台站被称为“湿车间”,因为它原本应该在内部装有液态氢的情况下进入太空,却没有超出制图范围。 结果,美国宇航局决定在土星5的第三阶段直接在地球上装备一个单独的空间站,然后将其直接发射到太空。 T.N. 最终,“干作坊”变成了美国第一个太空站Skylab。

尽管3D打印不像Werner von Braun那些年想象的那样“湿”,但它最终可以使我们以类似的原理创建空间站。 洛克希德·马丁(Lockheed Martin)和相对论空间(Relativity Space)等公司已经在使用3D打印在地球上创建油箱。 如果“太空制造”的尝试在太空中成功进行,那么下一步的逻辑步骤就是针对太空坦克进行优化。

如果在空间中可以打印出足够强度和直径的中空圆柱,则可以在其中安装舱口并收集空气。 检查泄漏后,团队可以在这些气瓶中安装设备和所有必要的工具,以将其变成用于住宅或船舶的住宅模块。 这样的印刷模块可以根据任务的需要制成任何长度,包括长度远远超过坦克在现有或计划中的任何导弹上的有效载荷能力。

到月球之外


印刷在轨道结构中的物体可以在人类重返月球以及未来前往火星的过程中发挥作用。 用建筑材料发射火箭所节省的费用实在太大了,不容忽视。 这种方法肯定有其技术问题,但是鉴于ISS上3D打印已经进行的研究,它们似乎并不是无法克服的。

但是,无论人们如何接近我们最接近的天体红色星球,他们几乎肯定会发现3D打印是一种宝贵的工具。 尽管我们只是在学习如何在太空中进行打印,但我们在坚实的基础上进行增材制造已有数十年的经验。 减少月球或火星上的重力不会从根本上改变MMN的物理原理,并且本地材料可能适合于用它们创建大型结构。

因此,无论人们将使用3D打印来创建用于训练的空间站,将离开地球的飞船,还是将在行星表面进行研究的结构,一件事情都很清楚:这项技术将成为未来研究的宝贵工具其他世界。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN466805/


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