機(jī)器人和3D打印用于空間制造

目前人類太空探索所需要的航天器、衛(wèi)星等設(shè)備是在地球中進(jìn)行制造，然后由火箭送入太空中的，所以航天設(shè)備的體積也一定程度上受到了火箭內(nèi)部空間和運(yùn)載能力的限制。那么，是否可以換一種思路，將原材料和生產(chǎn)設(shè)備送入太空中，在太空中進(jìn)行按需生產(chǎn)呢？在這方面，NASA推出了一系列的計(jì)劃項(xiàng)目，以加快通過機(jī)器人和3D打印在空間中制造的進(jìn)程。

NASA的機(jī)器人裝配和服務(wù)商業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施（CIRAS）計(jì)劃是致力于推進(jìn)大型結(jié)構(gòu)在軌制造和組裝技術(shù)的計(jì)劃，將有助于該機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)其探索太陽系統(tǒng)的目標(biāo)。

圖片：通過3D打印來生產(chǎn)新的或替代結(jié)構(gòu)，包括長梁和支柱（圖片來源：NASA /Made in Space）。

CIRAS正在優(yōu)先開發(fā)下一代望遠(yuǎn)鏡、太陽能傳輸和通信平臺(tái)的機(jī)器人裝配技術(shù)。 CIRAS已經(jīng)開始開發(fā)可逆接頭，以通過20米機(jī)械臂（也稱為TALISMAN-拉伸致動(dòng)長距離空間內(nèi)機(jī)械手））和精密跳汰組裝機(jī)器人來處理精密測量和對準(zhǔn)。TALISMAN旨在降低與太空硬件轉(zhuǎn)移和組裝活動(dòng)相關(guān)的成本和潛在的人身傷害，但CIRAS的項(xiàng)目并不止于此。

COSM先進(jìn)制造系統(tǒng)最近加入到CIRAS團(tuán)隊(duì)，設(shè)計(jì)了用于空間內(nèi)自主組裝應(yīng)用的電子束3D金屬打印系統(tǒng)。COSM還開發(fā)為大型商業(yè)、空間和航空應(yīng)用中的終端用戶提供原位計(jì)量和自適應(yīng)過程控制的系統(tǒng)。根據(jù)COSM創(chuàng)始人兼總裁Richard Comunale，“自主機(jī)器人控制下的空間結(jié)構(gòu)的組裝和制造當(dāng)然是非常具有挑戰(zhàn)性的。 我們的努力集中在開發(fā)這種應(yīng)用的電子槍、光學(xué)和光束控制及計(jì)量系統(tǒng)。”

COSM的貢獻(xiàn)基于原來的工作基礎(chǔ)上，他們與NASA蘭利研究中心的電子束自由形式制造（EBF3）計(jì)劃合作，該計(jì)劃使用電子束來提高在航空航天工業(yè)中金屬3D打印的使用，包括鈦、鉻鎳鐵合金和鋁。column_leftCIRAS計(jì)劃由Orbital ATK牽頭，是美國宇航局空間機(jī)器人制造和裝配（IRMA）計(jì)劃下的三個(gè)項(xiàng)目計(jì)劃之一。 Orbital ATK公司的Cygnus宇宙飛船曾在2016年攜帶3D打印機(jī)器臂登陸國際空間站。

圖片：衛(wèi)星自組裝可最大限度地發(fā)揮運(yùn)載火箭的有效載荷并降低發(fā)射成本（圖片來源：NASA / Space Systems Loral）。

column_left第二個(gè)項(xiàng)目由Made In Space公司領(lǐng)導(dǎo)的Archinaut技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目還在開發(fā)能夠通過3D打印技術(shù)在空間中構(gòu)建和組裝大型組件的硬件系統(tǒng)。如果在地球上制造航天器，航天器上的結(jié)構(gòu)需要被折疊起來，等到送入太空之后再展開。Archinaut具有的一個(gè)優(yōu)勢是直接在太空中進(jìn)行制造，無需折疊。在打印材料足夠充分的情況下，可以制造出非常大的航天器。這種太空直接制造的方式，也減少了對航空器進(jìn)行“空間優(yōu)化”的需求，實(shí)現(xiàn)全新的航天器設(shè)計(jì)，同時(shí)減少太空發(fā)射的成本。未來，Archinaut也可以用于制造和裝配衛(wèi)星中需要升級的零部件。



column_left第三個(gè)項(xiàng)目稱為dubbed Dragonfly，是由Space Systems Loral（SSL）牽頭的，該系統(tǒng)正在尋求通過機(jī)器人裝配接口和情境感知軟件使得衛(wèi)星在軌道上進(jìn)行自組裝。在發(fā)射到空間和最終商業(yè)化準(zhǔn)備之前，這三個(gè)項(xiàng)目都將在地面上進(jìn)行充分的驗(yàn)證，包括通過機(jī)器人操縱桁架以及遠(yuǎn)程制造結(jié)構(gòu)桁架。美國宇航局空間機(jī)器人制造和裝配（IRMA）計(jì)劃由NASA美國航空航天局太空技術(shù)任務(wù)總局（STMD）的技術(shù)演示任務(wù)（TDM）項(xiàng)目部進(jìn)行負(fù)責(zé)與管理。

COSM的工作由NASA的蘭利研究中心與Orbital ATK、NASA的格倫研究中心以及美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室提供合作與資助。

來源：3D科學(xué)谷