ICON為美國(guó)阿爾忒彌斯登月計(jì)劃學(xué)生建造3D打印火箭發(fā)射臺(tái)

導(dǎo)讀：阿爾忒彌斯計(jì)劃（Artemis program）是美國(guó)國(guó)家航空航天局正在進(jìn)行中的一項(xiàng)國(guó)際合作空間探索計(jì)劃，目標(biāo)是重返月球并建立長(zhǎng)期科研點(diǎn)，最終登陸火星。計(jì)劃以希臘神話女神阿爾忒彌斯命名，她是阿波羅的孿生姐姐（此前美國(guó)的登月計(jì)劃叫阿波羅計(jì)劃）。這項(xiàng)計(jì)劃還包括首次將一名女航天員送至月球。

南極熊獲悉，2021年3月10日美國(guó)建筑技術(shù)公司ICON在得克薩斯州奧斯汀市郊的斯威夫特營(yíng)利用3D打印技術(shù)為NASA阿爾忒彌斯登月計(jì)劃學(xué)生制造月球基地專用3D打印火箭發(fā)射臺(tái)。作為阿波羅計(jì)劃的姐妹計(jì)劃，阿爾忒彌斯旨在月球建立長(zhǎng)期科研基地，為登陸火星做準(zhǔn)備。作為這項(xiàng)計(jì)劃中的一部分，來(lái)自美國(guó)十所大學(xué)的大學(xué)生團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出了一種可重復(fù)使用的發(fā)射和著陸臺(tái)，并且可用月球上發(fā)現(xiàn)的材料進(jìn)行3D打印。

△3D打印的月球發(fā)射和著陸臺(tái)。圖片由ICON提供。

2020年10月，MMPACT合作伙伴ICON使用水泥基材料和龍門(mén)打印系統(tǒng)，幫助這些學(xué)生在德克薩斯州軍事部門(mén)位于德克薩斯州巴斯特羅普的Swift基地建造了一個(gè)小規(guī)模的火箭發(fā)射臺(tái)。2021年3月初，團(tuán)隊(duì)再次在Swift基地集合，并在3D打印的火箭發(fā)射臺(tái)上用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行靜態(tài)發(fā)射測(cè)試。

△2020年10月，學(xué)生在德克薩斯州巴斯特羅普的斯威夫特基地建立了可重復(fù)使用的月球發(fā)射和著陸臺(tái)的小尺寸模型。圖片由ICON提供。

這個(gè)新穎的概念稱為“月球羽流減輕裝置”（Lunar PAD），重點(diǎn)在于解決發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)大的排氣力遇到塵土飛揚(yáng)的月球表面時(shí)所引起的問(wèn)題。這項(xiàng)設(shè)計(jì)具有一系列花瓣?duì)畹耐ǖ�，可向上和向外發(fā)送廢氣，從而最大程度地減少了發(fā)射和降落時(shí)產(chǎn)生的灰塵。發(fā)射臺(tái)包括兩層結(jié)構(gòu)：一個(gè)“屋頂”，火箭可以從上面發(fā)射或著陸；以及下方的一系列通道，用于安全地導(dǎo)出廢氣。屋頂上的狹縫可以讓火箭排出的廢氣進(jìn)入精心設(shè)計(jì)的通道，然后將廢氣流引向發(fā)射臺(tái)的邊緣，并通過(guò)專門(mén)的通風(fēng)孔排出。中央錐體和分隔物支撐著火箭和發(fā)射臺(tái)屋頂?shù)闹亓�，而一堵環(huán)繞的墻體結(jié)構(gòu)可用來(lái)捕獲在發(fā)射或著陸期間產(chǎn)生的所有月球塵埃顆粒。

△火箭發(fā)射靜態(tài)測(cè)試。圖片由ICON提供。

ICON的工作人員花了七個(gè)小時(shí)來(lái)打印發(fā)射臺(tái)的外殼和內(nèi)部框架，花了14個(gè)小時(shí)來(lái)打印填充物，包括發(fā)射臺(tái)厚厚的 “屋頂” 和火箭的定位架。為了完成任務(wù)，團(tuán)隊(duì)依靠公司專有的Vulcan 工業(yè)建筑3D打印機(jī)（通過(guò)集成平板電腦操作龍門(mén)平臺(tái)，使工作人員能夠直觀、輕松地監(jiān)視和控制機(jī)器）以及獨(dú)特的Lavacrete材料來(lái)精確澆注混凝土。

△使用ICON的Vulcan系統(tǒng)3D打印的月球發(fā)射和著陸臺(tái)。圖片由ICON提供。

學(xué)生們?cè)?019年NASA提案寫(xiě)作和評(píng)估體驗(yàn)（NPWEE）中構(gòu)思了發(fā)射臺(tái)的方案。NPWEE是由NASA馬歇爾太空飛行中心首席技術(shù)專家John Dankanich設(shè)計(jì)的為期12周的培訓(xùn)課程，作為露西學(xué)生管道加速器和能力促進(jìn)者（L'SPACE）學(xué)院的一部分，旨在推動(dòng)滿足NASA需求的高質(zhì)量、多樣化的創(chuàng)新方案和技術(shù)。

盡管團(tuán)隊(duì)當(dāng)時(shí)沒(méi)有獲勝，但他們?cè)?020年6月再次向馬歇爾專家展示了虛擬的設(shè)計(jì)準(zhǔn)備情況評(píng)估，并獲得了資助，以及打印和測(cè)試這種發(fā)射臺(tái)的小尺寸版本的許可。后來(lái)，他們于2021年1月在美國(guó)航空航天學(xué)院的2021年科學(xué)技術(shù)論壇上提交了有關(guān)LunarPAD概念的論文，表明他們的想法依賴于原位資源利用（ISRU）方法和技術(shù)來(lái)最小化發(fā)射重量。

△使用ICON的Vulcan系統(tǒng)3D打印的月球發(fā)射和著陸臺(tái)俯視圖。圖片由ICON提供。

為了測(cè)試復(fù)雜的設(shè)計(jì)及3D打印能力，團(tuán)隊(duì)與馬歇爾月球到火星行星自治建設(shè)技術(shù)項(xiàng)目（MMPACT）的專家進(jìn)行合作，測(cè)試發(fā)射臺(tái)在極端高溫和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的壓力下如何表現(xiàn)。MMPACT由NASA的“游戲變更開(kāi)發(fā)”計(jì)劃資助，旨在開(kāi)發(fā)、交付和展示按需能力。通過(guò)使用月球上的材料來(lái)建造降落場(chǎng)、棲息地、避難所、道路、護(hù)堤和爆炸防護(hù)罩，保護(hù)宇航員的同時(shí)在月球表面創(chuàng)建基礎(chǔ)設(shè)施。位于大學(xué)城的德克薩斯農(nóng)工大學(xué)的探空火箭隊(duì)協(xié)助進(jìn)行了熱火試驗(yàn)和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的制造。在靜態(tài)發(fā)射過(guò)程中，用于測(cè)量溫度、應(yīng)變和排氣流動(dòng)的儀器被集成到了發(fā)射臺(tái)中。根據(jù)初步分析和儀器分析結(jié)果，月球發(fā)射和著陸臺(tái)按設(shè)計(jì)完成任務(wù)。

被NASA成為阿爾忒彌斯的下一代探險(xiǎn)家們將會(huì)是美國(guó)未來(lái)航空航天事業(yè)的中流砥柱。從NASA的阿爾忒彌斯學(xué)生挑戰(zhàn)賽到和宇航員們的互動(dòng)，NASA一直很注重對(duì)于未來(lái)人才的培養(yǎng)。目前，南極熊了解到，已經(jīng)有1萬(wàn)2千多人申請(qǐng)加入阿爾忒彌斯計(jì)劃，向月球和火星邁進(jìn)。學(xué)生團(tuán)隊(duì)的項(xiàng)目包括制造地下采礦機(jī)器人、制造并發(fā)射大功率火箭以及航天套裝上的用戶界面技術(shù)等。相信這些項(xiàng)目會(huì)在未來(lái)的人類歷史上書(shū)寫(xiě)更多的故事。

參考閱讀：

1. Artemis Student Challenges

https://stem.nasa.gov/artemis/#challenges

2. Artemis Generation Students Design 3D-printed Rocket PadFor Lunar Missions with NASA & ICON

https://www.iconbuild.com/updates/3d-printed-rocket-pad-for-lunar-missions

3. ICON Builds Student-Designed 3D Printed Rocket PAD forMoon Missions

https://3dprint.com/279729/icon-builds-student-designed-3d-printed-rocket-pad-for-moon-missions/