太空游可能更便宜，火星塵�？捎糜�3D打印火箭部件

來源：瀟湘晨報(bào)

據(jù)英國(guó)媒體2022年9月19日?qǐng)?bào)道，工程師稱，火星塵�？梢栽谖磥淼奶�空任務(wù)中用于3D打印和火箭部件。

（研究人員已經(jīng)找到了一種使用火星表面灰塵進(jìn)行3D打印工具和火箭零件的方法。）

1公斤物體送上地球軌道就要花38萬元

如果人類有一天要去火星生活，那么在這個(gè)星球上生存所需的大部分食物和設(shè)備，我們需要去學(xué)習(xí)如何進(jìn)行生產(chǎn)。這是因?yàn)�，將材料送入太空的費(fèi)用高得令人望而卻步。例如，NASA航天器僅僅是將1公斤的有效載荷送入地球軌道，就需要花費(fèi)5.4萬美元（約合人民幣38萬元）。

因此，任何可以在火星上制造的東西，都可以節(jié)省飛船載荷和金錢，更不用說如果有什么東西壞了，宇航員需要懂得現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)。

華盛頓州立大學(xué)的研究人員如今發(fā)現(xiàn)，可以利用火星表面灰塵制作3D打印工具和火箭部件。研究人員聲稱，這一突破可能會(huì)使未來的太空旅行更便宜、更實(shí)用。

曾模擬月球巖石3D打印零件

華盛頓州立大學(xué)機(jī)械與材料工程學(xué)院的阿米特·班約帕迪亞教授說，“在太空，如果我們想執(zhí)行載人任務(wù)，就必須進(jìn)行3D打印，因?yàn)槲覀冋娴臒o法從這里（地球）攜帶所有東西。如果我們忘了什么，我們就不能回來取了�！�

阿米特教授曾在2011年為NASA進(jìn)行過類似的實(shí)驗(yàn)，使用3D打印技術(shù)從模擬破碎的月球巖石或月球風(fēng)化層中制造零件。自那時(shí)以來，各航天機(jī)構(gòu)越來越多地致力于3D打印，國(guó)際空間站現(xiàn)在擁有自己的設(shè)備來制造他們現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)所需的材料。

（使用5%到100%的火星風(fēng)化層制造工具。）

模擬實(shí)驗(yàn)制成了一種堅(jiān)固、高性能的材料

阿米特教授與學(xué)生艾利·阿芙贊那和凱倫·特卡斯一起，使用基于粉末的3D打印機(jī)，將模擬的火星巖石粉塵（稱作風(fēng)化層）與鈦合金混合，鈦因其強(qiáng)度和耐熱性能而經(jīng)常用于太空探索。然后，用高功率激光將材料加熱至2000°C以上，使其熔化。他們將熔化的混合物倒在一個(gè)移動(dòng)的平臺(tái)上，可以做成不同的尺寸和形狀。

材料冷卻后，研究人員對(duì)其強(qiáng)度和耐久性進(jìn)行了測(cè)試。他們發(fā)現(xiàn)，少量模擬破碎的火星巖石與鈦合金混合，制成了一種堅(jiān)固、高性能的材料，可用于制造登陸火星的工具和火箭部件。

他們使用5%到100%的火星表土——一種黑色粉末狀物質(zhì)，旨在模擬火星表面的巖石無機(jī)材料，這種材料可以由機(jī)械手或漫游車收集。使用5%表土制成的零件表現(xiàn)出比單獨(dú)使用鈦合金更好的性能，這意味著它可以用來制造重量更輕、仍能承受重負(fù)荷的零件。阿米特說：“它給你一種更好、更高強(qiáng)度和硬度的材料，因此在某些應(yīng)用中可以表現(xiàn)得更好�！�

使用100%表土制成的零件很脆，容易開裂，但阿米特聲稱，這種材料仍然可以用作輻射屏蔽的涂層。

這項(xiàng)發(fā)表在《國(guó)際應(yīng)用陶瓷技術(shù)雜志》上的研究，只是一個(gè)開始，未來的研究可能會(huì)使用不同的金屬或3D打印技術(shù)生產(chǎn)出更好的復(fù)合材料。

阿米特說，這表明這個(gè)研究是有可行性的，也許我們應(yīng)該朝這個(gè)方向思考。“因?yàn)樗�不僅制造能脆弱的塑料部件，而且能制造堅(jiān)固的金屬陶瓷復(fù)合部件，可以用于任何類型的結(jié)構(gòu)�！�

（研究人員探索使用火星塵埃3D打印工具和火箭零件。）

NASA發(fā)布火星載人任務(wù)

美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）計(jì)劃在20世紀(jì)30年代首次登上月球后，向火星發(fā)射載人任務(wù)�；鹦且殉蔀槿祟愄剿魈�空的下一個(gè)巨大飛躍。

但在人類到達(dá)這顆紅色星球之前，宇航員將采取一系列小步驟，重返月球，執(zhí)行為期一年的任務(wù)。在月球軌道上執(zhí)行任務(wù)的細(xì)節(jié)已經(jīng)公布，作為2030年代火星任務(wù)時(shí)間表的一部分。

2017年5月，美國(guó)宇航局負(fù)責(zé)政策和計(jì)劃的副副局長(zhǎng)格雷格·威廉姆斯概述了航天局的四階段計(jì)劃，希望有一天人類能夠訪問火星，以及預(yù)期的時(shí)間框架。

第一階段和第二階段將涉及多次月球空間旅行，以便建造一個(gè)棲息地，為旅行提供一個(gè)中轉(zhuǎn)區(qū)。交付的最后一件硬件將是實(shí)際的深空運(yùn)載工具，該運(yùn)載工具稍后將用于運(yùn)載宇航員前往火星。2027年將進(jìn)行為期一年的火星生命模擬。第三階段和第四階段將于2030年后開始，將包括對(duì)火星系統(tǒng)和火星表面的持續(xù)探險(xiǎn)。

【新聞鏈接】月球土壤可用來做火箭燃料

今年5月5日，南京大學(xué)、香港中文大學(xué)（深圳）、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)刊發(fā)于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《焦耳》的一篇文章稱，團(tuán)隊(duì)在詳細(xì)分析嫦娥五號(hào)取回的月壤（以下簡(jiǎn)稱嫦娥五號(hào)月壤）的元素和礦物結(jié)構(gòu)后，發(fā)現(xiàn)月壤含有一些活性化合物。它們可以作為催化劑，借助太陽光，將水和二氧化碳轉(zhuǎn)化為氧氣、氫氣和甲烷、甲醇。

基于這個(gè)發(fā)現(xiàn)，團(tuán)隊(duì)提出了一套利用月壤進(jìn)行地外人工光合成的策略，希望為實(shí)現(xiàn)“零能耗”的月球生命保障系統(tǒng)奠定物質(zhì)基礎(chǔ)，從而支持月球探測(cè)、研究和旅行。

“嫦娥五號(hào)月壤來自月球表面非常年輕的玄武巖，這種礦物中富含鐵、鈦等人工光合成中常用的催化劑成分。團(tuán)隊(duì)采用機(jī)器學(xué)習(xí)等方法，對(duì)月壤結(jié)構(gòu)進(jìn)行了多次分析，發(fā)現(xiàn)這些月壤中約有24種晶體礦物，其中鈦鐵礦、氧化鈦、羥基磷灰石，以及多種鐵基化合物等8種晶體礦物，可以在人工光合成中發(fā)揮較好的催化性能。”論文的共同第一作者、南京大學(xué)教授姚穎方告訴科技日?qǐng)?bào)記者。

月壤實(shí)際的催化性能如何？研究團(tuán)隊(duì)將月壤作為光伏電解水、光催化水分解、光催化二氧化碳還原、光熱催化二氧化碳加氫等反應(yīng)的催化材料，發(fā)現(xiàn)其在光伏電解水和光熱催化二氧化碳加氫反應(yīng)中，具有較高的性能和選擇性。

“在這些試驗(yàn)中，我們施加了模擬太陽光，用水、二氧化碳做原料，將月壤與模擬的美國(guó)阿波羅計(jì)劃取回的月壤和地球表面的玄武巖進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)三者在光伏電解水反應(yīng)中，嫦娥五號(hào)月壤產(chǎn)生氧氣和氫氣的效率最高。而在光熱催化二氧化碳加氫反應(yīng)中，嫦娥五號(hào)月壤產(chǎn)生的甲烷、甲醇的效率也比其他材料要高�！币Ψf方欣喜地表示，氧氣可為人類提供生命支持，甲烷是火箭推進(jìn)劑的有效成分，而甲醇是有機(jī)化學(xué)品原料。