佛羅里達(dá)國(guó)際大學(xué)：3D打印模擬月壤,，測(cè)試月球建設(shè)的可行性

自 1972 年以來(lái)，美國(guó)宇航局渴望使用創(chuàng)新技術(shù)幫助月球'漫步者'能夠更好地探索月球表面多年來(lái),，NASA 一直在通過(guò)資助提倡以學(xué)生為主導(dǎo)的研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目來(lái)促進(jìn)創(chuàng)新,。2023年4月,，南極熊獲悉,，來(lái)自佛羅里達(dá)國(guó)際大學(xué)一名研究生 Brandon Aguiar 正在研究可能成為星際工程支柱的材料,。


△Brandon Alexander Aguiar

在佛羅里達(dá)國(guó)際大學(xué)(FIU)，每年都有許多學(xué)生在 NASA 實(shí)習(xí),，宇航員在佛羅里達(dá)群島的一處基地接受訓(xùn)練,。早在 2019 年，該機(jī)構(gòu)就向 FIU 的二維光電研究和教育中心(CRE2DO) 撥款 300 萬(wàn)美元,，用于研究創(chuàng)造能夠承受太空極端環(huán)境的材料,。后來(lái)，F(xiàn)IU又收到了至少800萬(wàn)美元的贈(zèng)款,，以增加 NASA 和國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)尖端研究的多樣性和包容性,。

在 FIU 的實(shí)驗(yàn)室,，研究者們正在對(duì)空間彈性基礎(chǔ)設(shè)施材料,、通信設(shè)備和小型衛(wèi)星技術(shù)進(jìn)行研究。2023年4月,，F(xiàn)IU 透露其一名研究生 Brandon Aguiar 正在研究可能成為星際工程支柱的材料,。

作為 FIU 等離子形成實(shí)驗(yàn)室的研究生研究助理，Aguiar 說(shuō)他花了很多深夜,，做了無(wú)數(shù)實(shí)驗(yàn)來(lái)推進(jìn) 3D 打印技術(shù),，用月球風(fēng)化層創(chuàng)造出耐用的結(jié)構(gòu)，包括復(fù)雜的立方體,、實(shí)心矩形,、格子結(jié)構(gòu)，以及帶有拱門(mén)和月球棲息地比例模型,。


△3D 打印的月球風(fēng)化層幾何形狀（a）復(fù)雜的立方體,，（b）FIU 標(biāo)志，（c）月球棲息地,，（d）實(shí)心矩形,。

為了幫助開(kāi)發(fā)可持續(xù)的月球基礎(chǔ)設(shè)施，Aguiar 和許多其他研究人員一樣認(rèn)為,，就地資源利用(ISRU) 是人類未來(lái)和太空生存的關(guān)鍵,。Aguiar 使用了 NASA 提供的一種名為Greenland Anorthosite的月球風(fēng)化層模擬物，類似于美國(guó)太空探索早期從月球上收集的巖石,。

●首先,，將風(fēng)化層材料與Tethon 3D的光固化熱固性聚合物樹(shù)脂混合，形成漿料,。
●其次,，使用Tethon 3D 的Bison 1000 DLP打印機(jī)進(jìn)行 3D 打�,。〝�(shù)字光處理），形成錯(cuò)綜復(fù)雜的幾何形狀,。
●最后,，將打印件進(jìn)行脫脂。

2022年2月,，Aguiar 和其他研究人員在《國(guó)際陶瓷》雜志上發(fā)表了他們的工作成果,。論文“使用數(shù)字光處理通過(guò)增材制造對(duì)月球高地風(fēng)化層進(jìn)行原位資源利用”指出，打印并燒結(jié)了幾個(gè)尺寸精度高的樣品,，沒(méi)有變形跡象,。

如今，還沒(méi)有對(duì)3D打印Greenland Anorthosite月球風(fēng)化層部分進(jìn)行研究,。該材料隨溫度變化的可能性較低,，也就是說(shuō)由Greenland風(fēng)化層建造的結(jié)構(gòu)能夠持續(xù)暴露于月球溫度范圍（從最冷到最熱）。目前,，Aguiar 將繼續(xù)對(duì)此次3D打印的物體進(jìn)行環(huán)境能力測(cè)試,，包括輻射、小行星和溫度波動(dòng),。

Aguiar 在 FIU 等離子形成實(shí)驗(yàn)室的工程專家指導(dǎo)下工作,，并在 FIU 特聘教授 Arvind Agarwal 的指導(dǎo)下，追隨 FIU 博士生 Kazue Orikasa 的腳步,，他現(xiàn)在正在研究如何使用塑料材料來(lái)保護(hù)太空技術(shù),。Orikasa 最近獲得了NASA 空間技術(shù)研究生研究機(jī)會(huì)(NSTGRO) 獎(jiǎng)學(xué)金，為 Aguiar 的 3D 打印月球風(fēng)化層材料項(xiàng)目奠定了基礎(chǔ),。與 Aguiar 一樣,，Kazue 也在 Agarwal 的指導(dǎo)下在 FIU 等離子體成形實(shí)驗(yàn)室工作，現(xiàn)在正與 NASA 的領(lǐng)先工程師和科學(xué)家合作開(kāi)發(fā)一維和二維材料-聚合物復(fù)合材料,，以提高材料的機(jī)械,、熱和輻射屏蔽性能。


△Brendan Aguiar 在材料研究協(xié)會(huì) (MRS) 會(huì)議上進(jìn)行展示,。

隨著 Artemis 任務(wù)的臨近,，美國(guó)宇航局重新點(diǎn)燃了人們對(duì)月球探索的興趣，并激勵(lì)下一代科學(xué)家進(jìn)行創(chuàng)新,！