點(diǎn)火測試！美國大學(xué)生團(tuán)隊(duì)3D打印月球火箭著陸墊原型

2021年初，10名來自美國大學(xué)的本科生組成的一個(gè)團(tuán)隊(duì)，他們與美國宇航局、德克薩斯州軍事部和增材制造公司ICON的專家一起，利用3D打印技術(shù)建造了一個(gè)月球煙塵緩解裝置（Lunar PAD），并進(jìn)行了點(diǎn)火測試。這個(gè)裝置的主要作用是，在火箭降落在月球表面時(shí)，避免產(chǎn)生大量的煙塵。

本文與設(shè)計(jì)背后的學(xué)生團(tuán)隊(duì)成員和ICON公司的火箭臺(tái)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人和機(jī)械工程師Dana Wieland一起，深入探討了用于太空探索的3D打印結(jié)構(gòu)的創(chuàng)作過程。

△開發(fā)團(tuán)隊(duì)成員

2019年，這些學(xué)生在參加NASA的培訓(xùn)課程中，構(gòu)思了這個(gè)3D打印火箭著陸墊的項(xiàng)目。NASA預(yù)計(jì)，未來十年的太空探索計(jì)劃中，著陸墊將成為需要的技術(shù)之一，因?yàn)楹教炱鲗L試在月球上登陸。這個(gè)團(tuán)隊(duì)在過去兩年中，努力解決了很多技術(shù)問題，并贏得了比賽。

團(tuán)隊(duì)首席創(chuàng)新者Vincent Murai最近從夏威夷大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)畢業(yè)，他說，經(jīng)過大量的研究和與專家的討論，團(tuán)隊(duì)用1萬美元的獎(jiǎng)金最終確定了著陸墊的設(shè)計(jì)。

△Vincent Murai

在最終設(shè)計(jì)被選中后，美國宇航局Artemis項(xiàng)目的合作伙伴ICON公司，幫助他們使用水泥基材料和龍門3D打印系統(tǒng)建造一個(gè)小規(guī)模的原型，著陸墊的設(shè)計(jì)與ICON公司以前打印的任何東西都不同。

3D打印提供了主流建筑中所沒有的設(shè)計(jì)自由。2020年10月，3D打印的Lunar PAD原型直徑為20英尺，高1.6英尺以上。然而，一個(gè)全尺寸的月球著陸墊可能需要大約100米的直徑，為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，學(xué)生們認(rèn)為需要更大的專家團(tuán)隊(duì)和預(yù)算。

△學(xué)生在建造月球著陸墊

這個(gè)原型的設(shè)計(jì)很關(guān)鍵，需要引導(dǎo)氣流向上和向外，最大限度地減少發(fā)射和著陸過程中的灰塵飄散量。通常著陸場的特點(diǎn)是平坦或堅(jiān)實(shí)的表面，而他們設(shè)計(jì)的著陸墊中間有一定的高度，表面有開口，在飛船著陸時(shí)起到向外擴(kuò)散排氣的作用。

ICON使用了名為 "lavacrete "的專有混凝土配方，這是一種 "低成本的，具有高熱質(zhì)量的彈性材料。" Wieland說，用于發(fā)射臺(tái)的材料需要有彈性，同時(shí)也要考慮月球上的材料特性。

團(tuán)隊(duì)研究了接近月球的材料，如用于3D打印的硫磺混凝土，以及可以與混凝土骨料混合以模擬星際材料的不同粘合劑，如基于氧化鎂的粘合劑。

學(xué)生們?yōu)樗麄兊脑O(shè)計(jì)是第一個(gè)成功點(diǎn)火測試的3D打印火箭著陸墊而感到自豪。他們的創(chuàng)新創(chuàng)造是 "突破性的"， 這個(gè)項(xiàng)目是否有一天會(huì)到達(dá)月球并不完全清楚。目前，學(xué)生們正在分析他們工作中的數(shù)據(jù)，并繼續(xù)做更多的測試，包括極端溫度測試和測試?yán)资炔牧系奶匦浴?br />
學(xué)生們覺得參與這一經(jīng)歷本身就很有意義，更重要的是知道有一天，他們的提案可能成為自動(dòng)化、可持續(xù)和3D打印登陸技術(shù)的基礎(chǔ)。



編譯自：3dprint