Wszyscy wiemy, że czas minął z powodu bazy Księżyca. Ale koszt wysłania wszystkiego, co potrzebne z Ziemi, aby zbudować bazę, jest wygórowany. Studnia ziemska jest zbyt głęboka i zbyt silna, aby dostać się tam z rakietami. Więc jakie jest rozwiązanie?
Według ESA rozwiązaniem jest Additive Manufacturing (AM) i In-Situ Resource Utilities (ISRU).
ESA kieruje projektem mającym na celu opracowanie sposobów, w jakie AM lub drukowanie 3D można wykorzystać teraz iw przyszłości, aby uczynić bazę Księżycową bardziej wykonalną. Projekt nazywa się „Conceiving a Lunar Base using 3D Printing Technologies”. Jest to stary pionierski duch życia poza krajem, ale ponownie uruchomiony przy użyciu nowoczesnej, zaawansowanej technologii. AM i ISRU ograniczą naszą logistyczną zależność od Ziemi i pozwolą na zbudowanie bazy Księżycowej z zasobów dostępnych na Księżycu; mianowicie sam pył księżycowy.
„Druk 3D oferuje potencjalne sposoby ułatwienia rozliczeń księżycowych przy ograniczonej logistyce z Ziemi”. - Scott Hovland z zespołu lotów kosmicznych ESA.
W końcu, zgodnie z ESA, szeroki wybór materiałów i sprzętu potrzebnego do bazy Księżyca można wydrukować w 3D, kiedy i gdzie jest to potrzebne. Wszystko, od materiałów budowlanych do paneli słonecznych, sprzętu i narzędzi po ubrania, może być potencjalnie wydrukowane w 3D na Księżycu. Możliwe, że nawet składniki odżywcze i składniki żywności mogą być dostarczane przez druk 3D.
Druk 3D nie tylko obniża koszt bazy Moon, ale sprawia, że całe przedsiębiorstwo jest bardziej responsywne i można je dostosować. Nie tylko księżycowy regolit można wykorzystać do wytworzenia jak największej liczby struktur i przedmiotów, ale można go również wykorzystać do recyklingu i ponownego wykorzystania przedmiotów przywiezionych z Ziemi.
Projekt „Conceiving a Lunar Base…” przewiduje trójfazowy plan podstawy Księżyca, który w dużym stopniu opiera się na drukowaniu 3D:
- Faza pierwsza: przetrwanie. Odnosi się to do podstaw niezbędnych do tego, aby niewielka załoga mogła przetrwać na Księżycu, np. Pomieszczenia mieszkalne.
- Faza druga: zrównoważony. W ten sposób baza Księżyca jest poszerzana o kolejne kwatery załogi, obszary produkcji i zaplecze badawcze.
- Faza trzecia: operacyjna. W tej fazie baza Księżyca jest w pełni sprawna i zbudowana do długotrwałego zamieszkania.
„Wybrane procesy drukowania umożliwiłyby recykling dostępnych materiałów do różnych celów”, wyjaśnia Antonella Sgambati z OHB System AG, zarządzająca projektem. „Kolejną ważną zaletą drukowania trójwymiarowego - znanego również jako wytwarzanie addytywne - jest szeroki zakres opcji projektowych, na jakie pozwala. Komponenty, produkty i sam proces drukowania można przeprojektować w oparciu o ich zamierzone końcowe użycie w bazie księżycowej. Można podjąć decyzję, jak najlepiej połączyć dostępne materiały ze sprzętem, który ma zostać wydrukowany. ”
Korzenie projektu sięgają 2013 roku, kiedy ESA zatrudniła firmę architektoniczną do zaprojektowania konstrukcji, która byłaby w stanie wytrzymać środowisko Księżyca. Kopacz miał być zrobiony z księżycowej ziemi, lub w tym przypadku z symulowanej księżycowej ziemi. Firma architektoniczna Foster i Partnerzy zbudowała 1,5-tonowy blok konstrukcyjny próbki. Elementem budulcowym była pusta, zamknięta struktura komórkowa podobna do kości ptaków.
„Jako praktykę jesteśmy przyzwyczajeni do projektowania ekstremalnych klimatów na Ziemi i wykorzystywania korzyści środowiskowych wynikających z używania lokalnych, zrównoważonych materiałów”, zauważył Xavier De Kestelier z Foster + Partners Specialist Modeling Group. „Nasze księżycowe mieszkanie ma podobną logikę”.
Naukowcy z ESA eksperymentują z symulowanym księżycowym regolitem w celu drukowania w 3D małych przedmiotów, takich jak śruby i koła zębate, a nawet monety. Regolit nie jest zbyt trudny do symulacji i zawiera takie rzeczy, jak krzem, aluminium, wapń i tlenki żelaza. Obecność tych materiałów oznacza, że regolit można uformować w użyteczne kształty.
Oczywiście nie jest to tak proste, jak wlanie księżycowego brudu do drukarki, a następnie pojawiają się bardzo potrzebne przedmioty. Najpierw symulowany księżycowy regolit jest mielony do wielkości cząstek. Następnie miesza się go ze środkiem wiążącym, który reaguje na światło. Obiekt jest drukowany z powstałej mieszaniny, a następnie wystawiany na działanie światła w celu utwardzenia go, a następnie pieczony w piekarniku. Według ESA gotowy produkt jest jak kawałek ceramiki z pyłu księżycowego.
Jednym z najciekawszych potencjalnych przyszłych zastosowań drukowania 3D w eksploracji kosmosu jest opieka medyczna i nazywa się to „drukiem biologicznym”. Astronauci, którzy udali się na Księżyc podczas misji Apollo, zniknęli na około 12 dni i zabrali ze sobą mały zestaw pierwszej pomocy. Ale dla tego rodzaju długoterminowych pobytów, które przetrwają astronauci w bazie Księżyca, prawdopodobnie niezbędny będzie wyższy poziom opieki medycznej.
„Pytamy, czego astronauci będą potrzebować w perspektywie krótko-, średnio- i długoterminowej oraz jakie kroki są potrzebne, aby dojrzeć bioprint 3D do poziomu, w którym może być przydatny w przestrzeni kosmicznej”. - Tommaso Ghidini, szef Wydziału Struktur, Mechanizmów i Materiałów ESA.
ESA zastanawia się nad drukiem 3D i tym, jak może pomóc w zapewnieniu opieki medycznej astronautom na Księżycu lub w innym miejscu. Astronauci wyruszający w kosmos mogliby poddać się zabiegom medycznym z wykorzystaniem skóry, kości i - jednego dnia - całych narządów wydrukowanych w 3D, według wiodącej grupy ekspertów od bioprintingu 3D, którzy zgromadzili się podczas dwudniowych warsztatów ESA na temat medycznego drukowania 3D.
Ten pomysł opiera się na idei „bio-atramentów”. Opierają się na ludzkich komórkach oraz składnikach odżywczych i materiałach potrzebnych do odrastania tkanki ciała, takich jak skóra, kości i chrząstki. W przyszłości jest pomysł drukowania całych narządów. Jest to w tej chwili dość spekulacyjne, ale medyczne drukowanie 3D prawdopodobnie pojawi się w pewnym momencie w przyszłości.
„Pytamy, czego astronauci będą potrzebować w perspektywie krótko-, średnio- i długoterminowej oraz jakie kroki są potrzebne, aby dojrzeć bioprint 3D do poziomu, w którym może być on przydatny w przestrzeni kosmicznej” - powiedział Tommaso Ghidini, szef ESA Structures, Mechanisms, i Wydział Materiałów. „Definiujemy plan rozwoju i oś czasu, aby ta grupa stała się naukową grupą roboczą w przyszłości, kontynuując postępy”.
Bio-druk 3D pozwala odizolowanym załogom w kosmosie przygotować się na większą liczbę sytuacji awaryjnych niż jest to możliwe przy obecnej technologii. W kosmosie, na Księżycu lub innej planecie przestrzeń w pomieszczeniach mieszkalnych ma pierwszeństwo. W pełni zaopatrzone centrum medyczne to luksusowe astronautów, na które raczej nie będzie stać. ESA wykorzystuje obrażenia poparzeniowe jako przykład, aby zilustrować zalety biodruku 3D.
Poważne obrażenia oparzeniowe są zazwyczaj leczone za pomocą przeszczepów skóry z innego miejsca na ciele pacjenta. Wiąże się to z wtórnym uszkodzeniem przeszczepionego obszaru, dalekim od ideału, gdy badania pokazują, że środowisko orbitalne utrudnia gojenie się ran. Zamiast tego nowa skóra może zostać wyhodowana i wydrukowana biologicznie z własnych komórek pacjenta, a następnie bezpośrednio przeszczepiona.
W ESA rośnie entuzjazm dla bazy Księżycowej. Jest to kolejny logiczny krok i uzupełnia Bramę Kosmosu jako punkt wyjścia do dalszej eksploracji Układu Słonecznego. Istnieje wiele technologii napędzających cały wysiłek, z których jednym z nich jest produkcja przyrostowa lub drukowanie 3D. Ale na razie testowanie większości tych technologii musi odbywać się tutaj na Ziemi, w środowiskach symulujących ważne aspekty środowiska księżycowego.
Niektóre z tych technologii są testowane w bazie Pangea-X Moon ESA na Lanzarote na Wyspach Kanaryjskich. Lanzarote to idealne miejsce do przetestowania niektórych geologicznych aspektów misji na Księżyc lub na Marsa. W szczególności przetestuje technologie pobierania próbek skał.
Nawet coś, co wydaje się tak proste, jak pobieranie próbek skał, jest zakłócone wieloma trudnościami w środowisku kosmicznym. W szczególności opóźnienia w komunikacji mogą uczynić wszystko trudniejszym. W ubiegłym tygodniu eksperyment o nazwie Analog-1 przetestował aspekty naukowe, operacyjne i komunikacyjne misji badawczej. Astronauta ESA Matthias Maurer będzie znajdować się w Pangea-X i będzie pilotować łazik znajdujący się w Holandii. W tym celu wykorzysta technologię o nazwie Electronic Field Book.
Electronic Field Book to narzędzie, które integruje pozycjonowanie w czasie rzeczywistym, udostępnianie danych, czat głosowy i wiele więcej. To sucha próba dla eksperymentu, który astronauta ESA Luca Parmitano przeprowadzi w przyszłym roku z Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Field Book pozwala ekspertom naukowym poprowadzić astronautów do gromadzenia najlepszych próbek.
Niezależnie od tego, czy jest to druk struktur 3D, biomedyczny druk 3D, czy wszystkie inne technologie, które należy opracować i udoskonalić, jasne jest, że ESA ma oczy na bazie Księżyca.
- Komunikat prasowy ESA: Future Moon Base
- Komunikat prasowy ESA: Baza Pangea-X Moon
- Komunikat prasowy ESA: Badanie skóry, kości i części ciała w 3D dla przyszłych astronautów
- Komunikat prasowy ESA: Budowa bazy księżycowej z drukiem 3D
