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

導(dǎo)讀：阿爾忒彌斯計劃（Artemis program）是美國國家航空航天局正在進行中的一項國際合作空間探索計劃，目標是重返月球并建立長期科研點，最終登陸火星。計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（此前美國的登月計劃叫阿波羅計劃）。這項計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利用3D打印技術(shù)為NASA阿爾忒彌斯登月計劃學(xué)生制造月球基地專用3D打印火箭發(fā)射臺。作為阿波羅計劃的姐妹計劃，阿爾忒彌斯旨在月球建立長期科研基地，為登陸火星做準備。作為這項計劃中的一部分，來自美國十所大學(xué)的大學(xué)生團隊設(shè)計出了一種可重復(fù)使用的發(fā)射和著陸臺，并且可用月球上發(fā)現(xiàn)的材料進行3D打印。

△3D打印的月球發(fā)射和著陸臺。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打印系統(tǒng)，幫助這些學(xué)生在德克薩斯州軍事部門位于德克薩斯州巴斯特羅普的Swift基地建造了一個小規(guī)模的火箭發(fā)射臺。2021年3月初，團隊再次在Swift基地集合，并在3D打印的火箭發(fā)射臺上用火箭發(fā)動機進行靜態(tài)發(fā)射測試。

△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)射和著陸臺的小尺寸模型。圖片由ICON提供。

這個新穎的概念稱為“月球羽流減輕裝置”（Lunar PAD），重點在于解決發(fā)動機強大的排氣力遇到塵土飛揚的月球表面時所引起的問題。這項設(shè)計具有一系列花瓣狀的通道，可向上和向外發(fā)送廢氣，從而最大程度地減少了發(fā)射和降落時產(chǎn)生的灰塵。發(fā)射臺包括兩層結(jié)構(gòu)：一個“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入精心設(shè)計的通道，然后將廢氣流引向發(fā)射臺的邊緣，并通過專門的通風(fēng)孔排出。中央錐體和分隔物支撐著火箭和發(fā)射臺屋頂?shù)闹亓�，而一堵環(huán)繞的墻體結(jié)構(gòu)可用來捕獲在發(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)測試。圖片由ICON提供。

ICON的工作人員花了七個小時來打印發(fā)射臺的外殼和內(nèi)部框架，花了14個小時來打印填充物，包括發(fā)射臺厚厚的 “屋頂” 和火箭的定位架。為了完成任務(wù)，團隊依靠公司專有的Vulcan 工業(yè)建筑3D打印機（通過集成平板電腦操作龍門平臺，使工作人員能夠直觀、輕松地監(jiān)視和控制機器）以及獨特的Lavacrete材料來精確澆注混凝土。

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

學(xué)生們在2019年NASA提案寫作和評估體驗（NPWEE）中構(gòu)思了發(fā)射臺的方案。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者（L'SPACE）學(xué)院的一部分，旨在推動滿足NASA需求的高質(zhì)量、多樣化的創(chuàng)新方案和技術(shù)。

盡管團隊當(dāng)時沒有獲勝，但他們在2020年6月再次向馬歇爾專家展示了虛擬的設(shè)計準備情況評估，并獲得了資助，以及打印和測試這種發(fā)射臺的小尺寸版本的許可。后來，他們于2021年1月在美國航空航天學(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)射和著陸臺俯視圖。圖片由ICON提供。

為了測試復(fù)雜的設(shè)計及3D打印能力，團隊與馬歇爾月球到火星行星自治建設(shè)技術(shù)項目（MMPACT）的專家進行合作，測試發(fā)射臺在極端高溫和火箭發(fā)動機產(chǎn)生的壓力下如何表現(xiàn)。MMPACT由NASA的“游戲變更開發(fā)”計劃資助，旨在開發(fā)、交付和展示按需能力。通過使用月球上的材料來建造降落場、棲息地、避難所、道路、護堤和爆炸防護罩，保護宇航員的同時在月球表面創(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)的探空火箭隊協(xié)助進行了熱火試驗和火箭發(fā)動機的制造。在靜態(tài)發(fā)射過程中，用于測量溫度、應(yīng)變和排氣流動的儀器被集成到了發(fā)射臺中。根據(jù)初步分析和儀器分析結(jié)果，月球發(fā)射和著陸臺按設(shè)計完成任務(wù)。

被NASA成為阿爾忒彌斯的下一代探險家們將會是美國未來航空航天事業(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，NASA一直很注重對于未來人才的培養(yǎng)。目前，南極熊了解到，已經(jīng)有1萬2千多人申請加入阿爾忒彌斯計劃，向月球和火星邁進。學(xué)生團隊的項目包括制造地下采礦機器人、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。相信這些項目會在未來的人類歷史上書寫更多的故事。

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/