3D打印與機(jī)器人技術(shù)在空間制造方面的應(yīng)用

目前，人類太空探索所需要的航天器、衛(wèi)星等設(shè)備都是在地標(biāo)制造，然后由火箭送入太空的。所以，它們的體積就在很大程度上受到了火箭內(nèi)部空間和運(yùn)載能力的限制。不過對(duì)此，NASA（美國宇航局）已經(jīng)提出了可行的解決方案，就是將原材料和生產(chǎn)設(shè)備（機(jī)器人和3D打印機(jī)）送入太空，在那里按需制造，并開始嘗試一些項(xiàng)目。

第一個(gè)項(xiàng)目名為機(jī)器人裝配與服務(wù)商業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施（CIRAS），旨在推進(jìn)大型結(jié)構(gòu)在軌制造和組裝技術(shù)的計(jì)劃，最終幫助NASA實(shí)現(xiàn)探索太陽系的宏偉目標(biāo)。

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(zhǎng)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(cè)量和對(duì)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。

CIRAS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。

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，而Archinaut就不需要這樣，因?yàn)樗�能直接在太空進(jìn)行制造。在材料足夠的情況下，它可以打印出非常大的航天器。同時(shí)，這種方式還能減少對(duì)航空器進(jìn)行“空間優(yōu)化”的需求，實(shí)現(xiàn)全新的設(shè)計(jì)，并有效降低太空發(fā)射成本。另外在未來，它還可以用于制造和裝配衛(wèi)星需要升級(jí)的零部件。

第三個(gè)項(xiàng)目稱為dubbed Dragonfly，是由Space Systems Loral（SSL）牽頭的，旨在通過機(jī)器人裝配接口和情境感知軟件令衛(wèi)星可以在軌道上自行組裝。

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。

延伸閱讀：《MIS正聯(lián)手NASA開發(fā)太空3D打印&組裝系統(tǒng)》

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來源：3D科學(xué)谷