太空游可能更便宜,火星尘埃可用于3D打印火箭部件-金属3D打印工厂

太空游可能更便宜,火星尘埃可用于3D打印火箭部件-金属3D打印工厂插图

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     据英国媒体2022年9月19日报道,工程师称,火星尘埃可以在未来的太空任务中用于3D打印和火箭部件。

太空游可能更便宜,火星尘埃可用于3D打印火箭部件

(研究人员已经找到了一种使用火星表面灰尘进行3D打印工具和火箭零件的方法。)

1公斤物体送上地球轨道就要花38万元

如果人类有一天要去火星生活,那么在这个星球上生存所需的大部分食物和设备,我们需要去学习如何进行生产。这是因为,将材料送入太空的费用高得令人望而却步。例如,NASA航天器仅仅是将1公斤的有效载荷送入地球轨道,就需要花费5.4万美元(约合人民币38万元)。

因此,任何可以在火星上制造的东西,都可以节省飞船载荷和金钱,更不用说如果有什么东西坏了,宇航员需要懂得现场修复。

华盛顿州立大学的研究人员如今发现,可以利用火星表面灰尘制作3D打印工具和火箭部件。研究人员声称,这一突破可能会使未来的太空旅行更便宜、更实用。

曾模拟月球岩石3D打印零件

华盛顿州立大学机械与材料工程学院的阿米特・班约帕迪亚教授说,“在太空,如果我们想执行载人任务,就必须进行3D打印,因为我们真的无法从这里(地球)携带所有东西。如果我们忘了什么,我们就不能回来取了。”

阿米特教授曾在2011年为NASA进行过类似的实验,使用3D打印技术从模拟破碎的月球岩石或月球风化层中制造零件。自那时以来,各航天机构越来越多地致力于3D打印,国际空间站现在拥有自己的设备来制造他们现场和实验所需的材料。

太空游可能更便宜,火星尘埃可用于3D打印火箭部件

(使用5%到100%的火星风化层制造工具。)

模拟实验制成了一种坚固、高性能的材料

阿米特教授与学生艾利・阿芙赞那和凯伦・特卡斯一起,使用基于粉末的3D打印机,将模拟的火星岩石粉尘(称作风化层)与钛合金混合,钛因其强度和耐热性能而经常用于太空探索。然后,用高功率激光将材料加热至2000°C以上,使其熔化。他们将熔化的混合物倒在一个移动的平台上,可以做成不同的尺寸和形状。

材料冷却后,研究人员对其强度和耐久性进行了测试。他们发现,少量模拟破碎的火星岩石与钛合金混合,制成了一种坚固、高性能的材料,可用于制造登陆火星的工具和火箭部件。

他们使用5%到100%的火星表土――一种黑色粉末状物质,旨在模拟火星表面的岩石无机材料,这种材料可以由机械手或漫游车收集。使用5%表土制成的零件表现出比单独使用钛合金更好的性能,这意味着它可以用来制造重量更轻、仍能承受重负荷的零件。阿米特说:“它给你一种更好、更高强度和硬度的材料,因此在某些应用中可以表现得更好。”

使用100%表土制成的零件很脆,容易开裂,但阿米特声称,这种材料仍然可以用作辐射屏蔽的涂层。

这项发表在《国际应用陶瓷技术杂志》上的研究,只是一个开始,未来的研究可能会使用不同的金属或3D打印技术生产出更好的复合材料。

阿米特说,这表明这个研究是有可行性的,也许我们应该朝这个方向思考。“因为它不仅制造能脆弱的塑料部件,而且能制造坚固的金属陶瓷复合部件,可以用于任何类型的结构。”

太空游可能更便宜,火星尘埃可用于3D打印火箭部件

(研究人员探索使用火星尘埃3D打印工具和火箭零件。)

NASA发布火星载人任务

美国国家航空航天局(NASA)计划在20世纪30年代首次登上月球后,向火星发射载人任务。火星已成为人类探索太空的下一个巨大飞跃。

但在人类到达这颗红色星球之前,宇航员将采取一系列小步骤,重返月球,执行为期一年的任务。在月球轨道上执行任务的细节已经公布,作为2030年代火星任务时间表的一部分。

2017年5月,美国宇航局负责政策和计划的副副局长格雷格・威廉姆斯概述了航天局的四阶段计划,希望有一天人类能够访问火星,以及预期的时间框架。

第一阶段和第二阶段将涉及多次月球空间旅行,以便建造一个栖息地,为旅行提供一个中转区。交付的最后一件硬件将是实际的深空运载工具,该运载工具稍后将用于运载宇航员前往火星。2027年将进行为期一年的火星生命模拟。第三阶段和第四阶段将于2030年后开始,将包括对火星系统和火星表面的持续探险。

【新闻链接】月球土壤可用来做火箭燃料

今年5月5日,南京大学、香港中文大学(深圳)、中国科学技术大学的研究团队刊发于国际学术期刊《焦耳》的一篇文章称,团队在详细分析嫦娥五号取回的月壤(以下简称嫦娥五号月壤)的元素和矿物结构后,发现月壤含有一些活性化合物。它们可以作为催化剂,借助太阳光,将水和二氧化碳转化为氧气、氢气和甲烷、甲醇。

基于这个发现,团队提出了一套利用月壤进行地外人工光合成的策略,希望为实现“零能耗”的月球生命保障系统奠定物质基础,从而支持月球探测、研究和旅行。

“嫦娥五号月壤来自月球表面非常年轻的玄武岩,这种矿物中富含铁、钛等人工光合成中常用的催化剂成分。团队采用机器学习等方法,对月壤结构进行了多次分析,发现这些月壤中约有24种晶体矿物,其中钛铁矿、氧化钛、羟基磷灰石,以及多种铁基化合物等8种晶体矿物,可以在人工光合成中发挥较好的催化性能。”论文的共同第一作者、南京大学教授姚颖方告诉科技日报记者。

月壤实际的催化性能如何?研究团队将月壤作为光伏电解水、光催化水分解、光催化二氧化碳还原、光热催化二氧化碳加氢等反应的催化材料,发现其在光伏电解水和光热催化二氧化碳加氢反应中,具有较高的性能和选择性。

“在这些试验中,我们施加了模拟太阳光,用水、二氧化碳做原料,将月壤与模拟的美国阿波罗计划取回的月壤和地球表面的玄武岩进行对比,发现三者在光伏电解水反应中,嫦娥五号月壤产生氧气和氢气的效率最高。而在光热催化二氧化碳加氢反应中,嫦娥五号月壤产生的甲烷、甲醇的效率也比其他材料要高。”姚颖方欣喜地表示,氧气可为人类提供生命支持,甲烷是火箭推进剂的有效成分,而甲醇是有机化学品原料。

(责任编辑:admin)

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