【402com永利1站】中科院披露“太空制造技术”试验新计划

中科院披露“太空制造技术”试验新计划

3D打印助力太空探索

记者日前从中科院空间应用工程与技术中心获悉,继2016年完成我国首次微重力“3D打印”技术试验后,科研人员将于2018年进行更为丰富“太空制造”技术试验。

■本报记者 潘希 郭爽

据介绍,研究团队计划在2018年进行2次失重飞行试验,试验载荷总重量将达到350公斤,共包含4套最新研制的太空制造装备,将开展多项前沿技术试验,既包括为适应微重力环境改进的3D打印工艺,也包括传统制造工艺,涉及的材料类型包括可耐受太空严酷环境的碳纤维增强复合材料、金属材料及陶瓷材料。其中,微重力环境下陶瓷材料3D打印和复合材料循环利用是国际上首次开展相关技术验证。

3月初,法国波尔多,93次抛物线飞行试验。

国际宇航科学院院士、中科院空间应用中心主任高铭介绍,不断提升人类在地外空间的生存与活动能力是未来航天探索的核心主题之一。随着我国航天探索逐步走向深空,“太空制造技术”将成为解决地外资源就位利用问题和拓展人类地外活动能力的战略性关键技术。

试验中,中科院太空增材制造技术试验队,利用每次22秒微重力环境,用自主研发的设备和工艺成功打印了目标样品。

此次试验负责人、中科院空间应用中心“太空制造技术”研究团队王功研究员介绍,从未来应用需求的角度看,世界各航天主要国家目前在太空制造领域的研究均处于起步阶段,现阶段太空制造技术的研究重点主要有三个方面:研究太空环境对材料成形过程的影响机理、拓展可用于太空制造的材料体系、提升制造工艺的实效性。

此次试验也是我国首次开展微重力环境下增材制造技术试验验证,为未来把3D打印机搬上太空提供了重要的数据和经验。

王功团队在2016年完成了我国首次“太空3D打印”试验。针对即将开展的2018年试验,王功认为,在未来空间站阶段,这些技术很快将产生重大效益,不仅可以在轨制造需要的备品备件,还可以在轨快速制造满足科学家需求的用品,大幅缩短空间科学实验的部署周期,促进更多的空间科学成果产出。

后勤补给资源是长期太空探索任务成功的重要保证,但目前由于技术局限,只能通过地面发射的运载火箭和飞船进行资源运输,以满足太空中的各种需求,不仅周期长,而且成本昂贵。在未来人类探索火星等更远的目的地时,这种资源补给方式是不现实的。

“作为一项面向未来的战略性航天新技术,世界各主要航天强国都在加强研究布局,在太空中进行制造已经跨过了验证其可行性的阶段,未来将更趋向于更高精度、更快速度和更大尺度。太空制造不仅需要利用新兴制造技术的灵活性,也需要从传统制造工艺中汲取宝贵经验,将两者的优势进行充分结合是突破掌握太空制造关键技术的一个重要途径。”
谈到当前太空制造技术的发展态势,王功说。

如果这些零部件在太空里就能直接制造,这将是人类太空探索技术一次革命性的进展。

据悉,本次试验得到了载人航天工程办公室和中科院的联合资助,相关的试验将在2018年在法国利用失重飞机开展。此次技术试验还将开展面向全国校园征集“太空制造创意”的科普活动。

“传统上行补给主要是通过由地面向太空发射货运飞船等运输方式,这种方式的弊端就是补给周期较长,太空里的设备一旦发生故障,如果没有备件,只能等地面科研人员制造、下次运输之后,再进行维修。”本次试验的技术负责人、中科院空间应用工程与技术中心研究员王功在接受《中国科学报》记者采访时表示。

据了解,我国空间站将于2020年前后建成,将在轨运行不少于10年,为维护站内设施的健康运行并支持较大规模的科学与应用研究,需要持续进行资源补给。受在轨贮存空间限制,大多数资源需要通过货运飞船上行补给。而过度依赖上行补给将可能导致空间站设备长时间处于停机状态。

王功说,尽管通常会对太空中发生的各种状况提前做好预案,但历史表明常常会有预案外的情况发生。在发生紧急状况时,货运飞船和运载火箭的准备周期较长,须等待发射窗口,应急维修十分困难。哥伦比亚号航天飞机事故调查报告显示,爆炸前航天员已经确定了隐患和解决方案,但因为在轨没有所需的备件及工具而无法实施。

“如果要为空间探测任务中各种可能的状况做充分准备,就会导致制造、物流、发射以及在轨贮存等方面代价巨大。”本次抛物线飞行试验系统主管设计师刘亦飞坦言。资料显示,目前国际空间站存放有价值超过10亿美金的各类备件及工具。

另外,目前部署在空间的飞船、卫星和有效载荷均需要经历严酷的发射环境,尽管这个大约10分钟的时长与其在轨寿命相比几乎可以忽略不计,但为保证有足够的强度,常常“过于粗壮”,实际上很不划算。

“如果通过3D打印技术,在太空中把需要配备的零件打印出来,不仅可以及时维修,还可以制造新的有效载荷、开展更多的科学实验。”当王功提到这项“未来技术”时,显得很激动。

“3D打印技术主要以数字化、自动化为主,不会对航天员带来过重的工作负荷。如果3D打印技术可以搬进空间站里,不仅可以打印维修所需的零件,甚至可以打印专属卫星。未来或许可以在其他星球打印板材和石砖等建材来建造房子。”王功把这项技术的未来想象得十分美好。

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