Космічний принтер. Як Ілон Маск буде друкувати колонії на Марсі

15 квітня 2019, 20:00

Що таке космічний 3D-друк та чому без нього не обійтись при заселенні інших планет.

– Г’юстон, у нас проблеми. Моя викрутка летить у вакуум. Можете мені надіслати нову?

– Ага, ти ціни на доставку вантажу в космос бачив? А якщо Марс полетиш колонізувати, теж проситимеш про «передачку»? Бери з собою 3D-принтер і друкуй собі там що хочеш!

Відео дня
Ярко Філевич
Фото: Ярко Філевич

Успішний пуск Falcon Heavy робить перспективу польоту далеко поза межі Землі значно реальнішою. Однак, для того, щоб оселитися на орбіті Місяця чи на Марсі замало буде самої лише суперракети. Як не дивно, must have для майбутніх астронавтів - це 3D принтер! 

Друк в космосі – це вам не іграшки!

Туди-сюди їздить друкувальна головка, шар за шаром перетворюючи змодельований 3D-об’єкт у його матеріальне втілення – так працюють 3D-принтери. Здавалося б, усе із ними просто. Але не в умовах нульової чи мікрогравітації. Замість того, щоб лягти у потрібну форму, ваше «чорнило» – пластик, глина, скло, живі клітини – хай там що! – збереться в одну грудку й повисне на екструдері (машина для формування пластичних матеріалів за допомогою продавлювання (екструзії) через профілювальний інструмент – екструзійну головку).

Для того, щоб друк у космосі був можливим, деталі збалансовують потужним струменем повітря (замість гравітації) й друкують із міцніших та стійкіших матеріалів – не всі види пластику, які використовують на Землі, підійдуть. Та й з металом нелегко: тут тобі не просто «нагрів і друкуєш». Потрібен порошок, частинки якого будуть приблизно однакових розмірів, матимуть сферичну форму (або будуть наближеними до неї) та ще й будуть сипучими. Та це ніколи не спиняло тих, у кого на космос серйозні плани.

Спочатку був екструдер

У вересні 2014 року космічний корабель SpaceX Dragon доставив на МКС 3D-принтер Portal, який має розміри невеличкої мікрохвильовки. Його для NASA створила компанія Made in Space. «Це не реплікатор зі “Стартреку”, але виглядає, як крок у цьому напрямку», – писали на сайті NASA.

Встановлення принтера завершили 17 листопада, і за тиждень він зрештою видав щось корисне – лицьову панель екструдера друкувальної головки для своєї конструкції. Астронавти зітхнули з полегшенням: принтер зможе не тільки підігнати все необхідне для станції, а й підготувати запасні деталі для свого ремонту про всяк випадок.

Крутіше, ніж 3D-принтер на МКС!

3D-принтер здатний переробляти власні відходи й знову друкувати з них потрібні речі. Саме таким є Refabricator (з англ. - переробник - ред.): NASA встановила його для переробки пластикових відходів у матеріал для 3D-друку. Пристрій може переробляти також пластикові упаковки, адже переважно у такому пакуванні потрібні для досліджень та життя матеріали потрапляють на МКС. Якщо не вдалося надрукувати інструмент з першого разу, і його треба переробити, можна «переліпити» старий. Тож на практиці матимемо виробництво без відходів.

Крутішим за 3D-принтер, який переробляє власні відходи, може бути тільки 3D-принтер, що переробляє відходи космонавтів. Так, йдеться саме про фекалії. Учені з канадського Університету Калгарі розробляють технологію, яка за допомогою ГМ-бактерій (генетично модифіковані - ред.) дозволить утилізовувати відходи життєдіяльності команди, перетворюючи їх у біополімер для 3D-друку. Крім того, компанія Made in Space розробила The ZeroGravity – принтер, що вміє друкувати у вакуумі в умовах низької гравітації. Маленький крок для друкувальної голки – великий крок для людства.

Після виходу у відкритий космос The  ZeroGravity зможе надрукувати антену розміром із футбольне поле

Іще одним проектом, що розширить наші можливості в космосі, буде принтер-роборука, назва якого Archinaut.  Можна уявити собі Архінавта, як сміливця, який займається своїми важливими справами у цілковитій порожнечі холодного, темного й тихого вакууму. Така розробка наразі лише в планах, проте гігантська роботична рука й справді майструватиме телескопи, супутники й більші об’єкти – навіть більші, ніж розміри самої роборуки. Генеральний директор Made in Space Ендрю Раш казав, що можна буде виготовити об’єкт, який не витримав би на Землі власної ваги. За умов невагомості таких проблем не буде.

Archinaut сам відправиться у космос, адже буде не просто принтер, а й ракета. У дослідницькому центрі Еймс NASA тестують прототип, для таких випробувань у лабораторії навіть є вакуумна камера.

Раз ми вже заговорили про ракети…

У березні 2018-го в Центрі Маршала провели вогневі випробування двигуна, сопло якого надрукували на 3D-принтері за 10 днів і 18 годин, нанісши 8255 шарів мідного порошку. Отримане сопло змогло витримати температуру майже 300°C, адже в каналах його стінок прокачується охолоджувальний газ з температурою лише на 100°C вищою за абсолютний нуль.

Читайте також: Повний успіх. Ілон Маск вже готовий повторно використовувати частини Falcon Heavy

Маємо ще один приклад застосування 3D-принтерів у космічних розробках. Компанія RocketLab використовує тривимірний друк у виготовленні елементів ракетного двигуна «Резерфорд» – для ракети-носія Electron. Усі основні деталі – камеру, трубопроводи, форсункову голівку для цієї ракети друкують на принтері. Крім того, Європейське космічне агентство цього року успішно випробувало двигун Berta, повністю надрукований на 3D-принтері.

А найбільшим двигуном, виготовленим у такий спосіб, наразі є британський Orbex. Та найамбітніші цілі щодо використання 3D-принтерів у ракетно-космічній інду-стрії ставить собі американський стартап Relativity Space. Ці хлопці планують надрукувати цілу ракету, скоротивши кількість деталей зі ста тисяч до однієї. Наразі вони вже надрукували й випробували разом з NASA ракетний двигун Aeon, а в планах – друк ракет прямо на Марсі.

А що там з Марсом?

Ми вже багато знаємо про поверхню Місяця, та й летіти нам до нього лише три дні. То чому би не збудувати там базу й не заселити її людьми? Набудуємо обсерваторій з телескопами, що, через відсутність атмосфери, даватимуть чіткіші зображення віддаленіших шматків Всесвіту. Усе це було би добре надрукувати на 3D-принтері, та ще й бажано так, щоб роботи прибули першими й усе для нас зробили, а вже за потреби ми надрукуємо собі необхідне обладнання, інструменти, одяг і навіть їжу.

Однак чи буде нам там з чого друкувати? Учені з Північно-Західного університету в Чикаго  продемонстрували таку можливість. Вони придбали у NASA імітатори місячного й марсіанського пилу, які ті використовували для випробувань своїх апаратів і зондів. За формою, розмірами та складом ці частинки нагадують ті, що на Місяці чи на Марсі, – порошок з реголіту, тамтешнього ґрунту. Їх вдалося використати як матеріал для 3D-друку. Учені навіть отримали елементи, що стикувалися одне з одним, як деталі Lego.

Читайте також: Космонавтам майбутнього. Архітектори і астрономи створили проект місячного поселення

Дослідники з Європейського космічного агентства також уже не перший рік експериментують з реголітом як матеріалом для 3D-друку. Їхні нещодавно надруковані деталі мають максимальну роздільну здатність з усіх зразків, надрукованих на 3D-принтері з матеріалу, схожого на місячний ґрунт. І це дуже важливо, адже технології послідовного накладання шарів під час друку в кос-мічних місіях вимагають якомога більшої точності.

Якщо все йтиме добре, місячні колонізатори друкуватимуть з місячного ґрунту запчастини, інструменти й навіть помешкання.

Китайські вчені також планують створити базу на Місяці за допомогою 3D-принтерів.

Вже чотири місії «Чан’е» позаду: під час останньої з них вдалося висадитись на зворотний бік Місяця. «Чан’е-5» запустять цього  року  – зонд має принести на Землю місячне каміння. Сьома за рахунком місія займеться вивченням складу ґрунту й особливостей місячних порід, а вже у місії «Чан’е-8» китайські вчені випробують ключові технології для будівництва дослідницької бази на Місяці й оцінять перспективи методів 3D-друку там. А там і до Марса недалеко – принаймні ці знання точно стануть у пригоді.

На Марсі, за мільйони кілометрів від домівки, де Relativity Space планують друкувати свої ракети, 3D-принтери будуватимуть поселення, не чекаючи допомоги з Землі. А як же даватимуть собі раду колонізатори у надзвичайних ситуаціях?

І тут без них не обійтися…

Колонізатори й Місяця, і Марса, цілком ймовірно, житимуть у своїх поселеннях роками, ризикуючи отримати різні травми. Проект під керівництвом ESA вже досліджує можливість використання 3D-принтерів для біодруку. З їхньою допомогою можна було б виготовити фрагмент шкіри з клітин пацієнта. У перспективі такий підхід застосовуватимуть і до травм кісток, і органів (а згодом і забезпечити їхню пересадку й повноцінну роботу).

А на МКС віднедавна є «Орган.Авт», який вже умудрився в умовах мікрогравітації успішно надрукувати зразки хрящової тканини людини й щитоподібної залози миші.

Схоже, з цими новими друзями, які вже вміють і в нульовій гравітації працювати, і з реголіту друкувати, і відходи переробляти, а ще цілу купу всього вчаться, в принципі, не страшно освоювати нові території. Тож полетіли!



Текст опублікований з дозволу Space, The Universe & Everything - український проект, створений космічною компанією EOS за участі авторів науково-популярного журналу Куншт. 

poster
Підписатись на щоденну email-розсилку
матеріалів розділу Техно
Розсилка про те як технології змінють світ
Щопонеділка

Приєднуйтесь до нас у соцмережах Facebook, Telegram та Instagram.

Показати ще новини
Радіо НВ
X