3D печат и пространство: най-важното

1. Използване на адитивни технологии при производството на части за космически кораби.

3D печатът се използва широко в космическата индустрия за създаване на прототипи, части на двигатели и инструментална екипировка. Използването му позволява на производителя да намали себестойността на продуктите, да увеличи тяхната производителност, а също така значително да намали времето за производство на отделни продукти. Всички големи компании, участващи в космическото производство, се обръщат към добавъчните технологии по един или друг начин.

По принцип 3D печатът се използва за производство на части на двигателя. Така американската компания Aerojet Rocketdyne е подписала договор за 1,6 милиарда долара за производството на ракетен двигател RS-25, част от частите за който ще бъдат направени на 3D принтер. Производството на една част по традиционни методи може да отнеме шест месеца - 3D печатът позволи на Aerojet Rocketdyne да намали времето и разходите и значително да ускори производствения процес на прототипа. В допълнение, компанията успешно прилага адитивни технологии в други проекти.

Друга американска компания, Rocket Lab, изгражда първата орбитална стартова станция в Нова Зеландия. Именно от там се планира изстрелването на първата в света ракета, чийто кислородно-въглеводороден двигател е напълно отпечатан на 3D принтер.

Списъкът би бил непълен без бизнесмена и дизайнер Илон Мъск. Неговата компания SpaceX успешно е тествала 3D отпечатани двигатели SuperDraco за космическия кораб Dragon, а също така работи върху задвижващата система Raptor Rocket.

И Boeing е подписал договор с Oxford Performance Materials, водещ специалист по производство на добавки, за производство на 600 отпечатани 3D части за новите космически таксита Starliner.

Адитивните технологии се използват и в обещаващи проекти в близко бъдеще. НАСА използва усъвършенствани техники при подготовката на мисия на Марс: 3D принтирането вече се използва за създаване на прототипи, производство на части в космоса и дори за изработка на компоненти на двигателя за бъдещ космически кораб, който ще отиде на Марс.

Руската авиокосмическа индустрия също започва да въвежда 3D печат. За тези цели на разположение на корпорацията на Роскосмос е уникален вътрешен 3D принтер Router 3131 с голямо печатно поле. Той ще създава елементи на космически кораби.

2. Използването на 3D печат при производството на сателити и превозни средства.

Друга област в авиокосмическата индустрия, която решихме да разгледаме отделно, са адитивните технологии при производството на сателити. За разлика от ракетата, цената на сателит е значително по-ниска, но може да бъде намалена и като се обърне внимание на иновативните технологии.

Точно това е направил космическият гигант Boeing, използвайки 3D печат за производство на модулни сателити. Сега едно устройство струва средно 150 милиона долара - тази цена се дължи не само на високотехнологичния компонент, но и на значителните разходи за труда, участващ в производството. При използване на 3D принтери разходите и времето за производство на сателитите значително ще намалеят.

Малките стартиращи и изследователски проекти имат по-скромни задачи, но 3D печатът също им помага. Екип от изследователи от Северозападен Назаренски университет в Айдахо очаква изстрелването на първия си в щата, 3D отпечатан сателит MakerSat. Размерите на устройството са само 10x10x11.35 см и е създадено от налични полимери за 3D печат (ABS, ULTEM и найлон).

Високопроизводителният разработчик на сателити Millennium Space Systems наскоро обяви приключване на работата по предпроизводствен модел от серията ALTAIR, който сега се подготвя за изстрелване в космоса. Новите технологии, използвани при изграждането на спътника, ще дадат възможност за нови космически мисии. Например 3D печатът ще спести разходите за изпращане на части в космоса и ще намали времето за подготовка и провеждане на мисии.

Juno отлетя още по-далеч. Космическа станция на НАСА с това име влезе в орбитата на Юпитер през лятото на 2016 г. Това събитие е важно и за 3D печат, тъй като Juno беше първият космически кораб, който отпечата 3D части - титаниеви вълноводни елементи, произведени от Lockheed Martin.

3. Космически 3D принтери.

Астронавтите в орбита често не могат да си осигурят всичко необходимо и са принудени да чакат товара, който пристига на Международната космическа станция (МКС) по време на редовни полети. За съжаление през това време екипажът не е застрахован срещу злополуки или повреди на важни системи. Експериментите с 3D печат в космоса предлагат потенциал за отпечатване на необходимите части, ако някои части се провалят в космоса. Това е много важно за бъдещи полети до Марс и други планети: дълго време колонистите няма да могат да получат помощ от Земята. Следователно в предстоящите експедиции е изключително важно да се използват всички налични възможности за производство на продукти на борда на кораби и космически станции.

Оттогава тестовете за печат на МКС се провеждат редовно. Една от най-новите идеи беше иновативният план на канадската компания 3D4MD, който включваше отпечатване на медицински устройства, като шини или хирургически инструменти, на МКС. За да създадат устройства като отделни шини за счупени пръсти, разработчиците на 3D4MD биха могли да използват например измервания, направени по време на подготовката на скафандри и да създадат модел на Земята. След това 3D моделът може да бъде изпратен на МКС, където гумата ще бъде 3D отпечатана.

Роскосмос също разработва подобен проект. Експеримент, наречен "3D печат", трябва да потвърди възможността за използване на 3D принтер при липса на гравитация. Това устройство е създадено в стените на Томския политехнически институт и е съгласувано с инженерите на RSC Energia. Принтерът ще отиде на МКС през 2018 г.

Неспособни да провеждат експерименти в космоса, други сили организират експерименти на земята. Екип от разработчици в Китай наскоро успешно тества първия 3D принтер, предназначен за нулева гравитация. Много трудни тестове бяха проведени във френския град Бордо.

4. 3D биопечат в космоса.

Известно е, че в открития космос има електромагнитно и радиационно лъчение, което има пагубен ефект върху биологичните тъкани. За да може космонавтът да изтърпи всички трудности на полета, само защитата на космическия кораб не е достатъчна - необходимо е да се мисли за висококачествена медицинска помощ. И ако това не помогне, значи става въпрос за подмяна на всякакви органи.

Ето защо руската Обединена ракетно-космическа корпорация (URSC) се договори за експеримент за използването на 3D биопринтер на Международната космическа станция (МКС). Той е разработен от руската лаборатория 3D Bioprinting Solutions, която е специализирана в технологиите за биопечат. Учените се надяват, че магнитният биопринтер ще позволи създаването на тъкани и органи в космоса. Очаква се устройството да бъде доставено на МКС до 2018 г.

Все още няма аналози на руския проект в чужбина.

5. Издигане на конструкции с помощта на строителен 3D печат.

Един от най-фундаменталните проблеми при изграждането на сгради върху извънземни обекти е ограниченото количество или липсата на строителен материал. Единствените налични суровини, които не е необходимо да се транспортират от нашата планета, са местните геоложки скали. Не е изненадващо, че учените решават проблема с използването им при строителството на сгради.

Например инженерите от Северозападния университет в САЩ са намерили начин да използват качествени материали в ситуации, при които ресурсите са ограничени. Това е производствен процес на добавки от специални материали, които имитират лунния и марсианския реголит. Това са трайни и еластични материали, които се произвеждат с помощта на прахообразни вещества, които наподобяват скали от повърхността на Луната и Марс.

Вероятно тази технология ще бъде използвана при колонизацията на Марс. Поради екстремните температури и високата радиация на повърхността на "червената планета", ранните колонизатори ще се нуждаят от надеждни подслони. Експертите на НАСА предлагат да се създаде "купол" от лед от повърхността на Марс с помощта на 3D печат, покрит с прозрачна мембрана, направена от флуоропласт-40. Едно от основните предимства на дома на водна основа е, че такива стени предпазват от космическа радиация, но не пречат на проникването на светлина - това създава известен комфорт. Освен това при избора на материали са взети под внимание и други критерии - тяхната здравина и надеждност, способността да издържат на трудните условия на Марс.

Европейската космическа агенция (ESA) се развива в същата посока и вече е постигнала някои резултати. Учени от Австрийския университет за приложни науки във Винер Нойщад успешно отпечатали 3D малка игла и ъглова стена от материал JSC-Mars-1A, имитиращ марсианска почва.

Освен сериозни изследвания има и доста неочаквани проекти. И така, експертите от ESA, които споменахме, помислиха за спасяването на душите на първите лунни колонисти и планираха да построят храм на Луната с помощта на 3D печат. Тази сграда с поетичното име на Храма на вечната светлина ще бъде разположена в центъра на жилищен комплекс за първите лунни заселници и ще съчетава място за молитва и обсерватория. Дизайнерите вярват, че храмовете на Луната ще помогнат за съживяване на изгубената връзка на човечеството с космоса.

Според Вячеслав Бобин, ръководител на Центъра за изследване на природните вещества към Института за интегрирано развитие на подземните ресурси на Руската академия на науките, изграждането на селища на Луната не е толкова фантастична перспектива, колкото може би мисля. Новата руска програма за изследване на луната може да осигури условия за изграждане на база, използваща 3D печат. Ако руските изследователи успеят да идентифицират подходящо място за колонията, Бобин вярва, че впоследствие може да се използва 3D принтер за изграждане на сгради.

Това не е цялата вълнуваща новина за космическия 3D печат. Какво можете да кажете, например, за 3D отпечатано ракетно гориво или използването на 3D технологии при разработването на уникален скафандър за първите участници в марсианската мисия?

Прочетете още по-подходяща информация в нашия специален раздел "Космос" и не забравяйте да поздравите семейството и приятелите си с Деня на космонавтиката!