機器人和3D打印用于空間制造

目前人類太空探索所需要的航天器,、衛(wèi)星等設備是在地球中進行制造,，然后由火箭送入太空中的，所以航天設備的體積也一定程度上受到了火箭內(nèi)部空間和運載能力的限制,。那么,，是否可以換一種思路，將原材料和生產(chǎn)設備送入太空中,，在太空中進行按需生產(chǎn)呢,？在這方面，NASA推出了一系列的計劃項目,，以加快通過機器人和3D打印在空間中制造的進程,。

NASA的機器人裝配和服務商業(yè)基礎設施（CIRAS）計劃是致力于推進大型結(jié)構(gòu)在軌制造和組裝技術(shù)的計劃，將有助于該機構(gòu)實現(xiàn)其探索太陽系統(tǒng)的目標,。

圖片：通過3D打印來生產(chǎn)新的或替代結(jié)構(gòu),，包括長梁和支柱（圖片來源：NASA /Made in Space）。

CIRAS正在優(yōu)先開發(fā)下一代望遠鏡,、太陽能傳輸和通信平臺的機器人裝配技術(shù),。 CIRAS已經(jīng)開始開發(fā)可逆接頭，以通過20米機械臂（也稱為TALISMAN-拉伸致動長距離空間內(nèi)機械手））和精密跳汰組裝機器人來處理精密測量和對準,。TALISMAN旨在降低與太空硬件轉(zhuǎn)移和組裝活動相關(guān)的成本和潛在的人身傷害,，但CIRAS的項目并不止于此。

COSM先進制造系統(tǒng)最近加入到CIRAS團隊,，設計了用于空間內(nèi)自主組裝應用的電子束3D金屬打印系統(tǒng),。COSM還開發(fā)為大型商業(yè)、空間和航空應用中的終端用戶提供原位計量和自適應過程控制的系統(tǒng),。根據(jù)COSM創(chuàng)始人兼總裁Richard Comunale,，“自主機器人控制下的空間結(jié)構(gòu)的組裝和制造當然是非常具有挑戰(zhàn)性的。 我們的努力集中在開發(fā)這種應用的電子槍,、光學和光束控制及計量系統(tǒng),。”

COSM的貢獻基于原來的工作基礎上,，他們與NASA蘭利研究中心的電子束自由形式制造（EBF3）計劃合作,，該計劃使用電子束來提高在航空航天工業(yè)中金屬3D打印的使用，包括鈦,、鉻鎳鐵合金和鋁,。column_leftCIRAS計劃由Orbital ATK牽頭,，是美國宇航局空間機器人制造和裝配（IRMA）計劃下的三個項目計劃之一。 Orbital ATK公司的Cygnus宇宙飛船曾在2016年攜帶3D打印機器臂登陸國際空間站,。

圖片：衛(wèi)星自組裝可最大限度地發(fā)揮運載火箭的有效載荷并降低發(fā)射成本（圖片來源：NASA / Space Systems Loral）,。

column_left第二個項目由Made In Space公司領(lǐng)導的Archinaut技術(shù)開發(fā)項目還在開發(fā)能夠通過3D打印技術(shù)在空間中構(gòu)建和組裝大型組件的硬件系統(tǒng)。如果在地球上制造航天器,，航天器上的結(jié)構(gòu)需要被折疊起來,，等到送入太空之后再展開。Archinaut具有的一個優(yōu)勢是直接在太空中進行制造,，無需折疊,。在打印材料足夠充分的情況下，可以制造出非常大的航天器,。這種太空直接制造的方式,，也減少了對航空器進行“空間優(yōu)化”的需求，實現(xiàn)全新的航天器設計,，同時減少太空發(fā)射的成本,。未來，Archinaut也可以用于制造和裝配衛(wèi)星中需要升級的零部件,。



column_left第三個項目稱為dubbed Dragonfly,，是由Space Systems Loral（SSL）牽頭的，該系統(tǒng)正在尋求通過機器人裝配接口和情境感知軟件使得衛(wèi)星在軌道上進行自組裝,。在發(fā)射到空間和最終商業(yè)化準備之前,，這三個項目都將在地面上進行充分的驗證，包括通過機器人操縱桁架以及遠程制造結(jié)構(gòu)桁架,。美國宇航局空間機器人制造和裝配（IRMA）計劃由NASA美國航空航天局太空技術(shù)任務總局（STMD）的技術(shù)演示任務（TDM）項目部進行負責與管理,。

COSM的工作由NASA的蘭利研究中心與Orbital ATK、NASA的格倫研究中心以及美國海軍研究實驗室提供合作與資助,。

來源：3D科學谷