ICON為美國阿爾忒彌斯登月計劃學生建造3D打印火箭發(fā)射臺

導讀：阿爾忒彌斯計劃（Artemis program）是美國國家航空航天局正在進行中的一項國際合作空間探索計劃，目標是重返月球并建立長期科研點，最終登陸火星。計劃以希臘神話女神阿爾忒彌斯命名，她是阿波羅的孿生姐姐（此前美國的登月計劃叫阿波羅計劃）。這項計劃還包括首次將一名女航天員送至月球。

南極熊獲悉，2021年3月10日美國建筑技術公司ICON在得克薩斯州奧斯汀市郊的斯威夫特營利用3D打印技術為NASA阿爾忒彌斯登月計劃學生制造月球基地專用3D打印火箭發(fā)射臺。作為阿波羅計劃的姐妹計劃，阿爾忒彌斯旨在月球建立長期科研基地，為登陸火星做準備。作為這項計劃中的一部分，來自美國十所大學的大學生團隊設計出了一種可重復使用的發(fā)射和著陸臺，并且可用月球上發(fā)現(xiàn)的材料進行3D打印。

△3D打印的月球發(fā)射和著陸臺。圖片由ICON提供。

2020年10月，MMPACT合作伙伴ICON使用水泥基材料和龍門打印系統(tǒng)，幫助這些學生在德克薩斯州軍事部門位于德克薩斯州巴斯特羅普的Swift基地建造了一個小規(guī)模的火箭發(fā)射臺。2021年3月初，團隊再次在Swift基地集合，并在3D打印的火箭發(fā)射臺上用火箭發(fā)動機進行靜態(tài)發(fā)射測試。

△2020年10月，學生在德克薩斯州巴斯特羅普的斯威夫特基地建立了可重復使用的月球發(fā)射和著陸臺的小尺寸模型。圖片由ICON提供。

這個新穎的概念稱為“月球羽流減輕裝置”（Lunar PAD），重點在于解決發(fā)動機強大的排氣力遇到塵土飛揚的月球表面時所引起的問題。這項設計具有一系列花瓣狀的通道，可向上和向外發(fā)送廢氣，從而最大程度地減少了發(fā)射和降落時產生的灰塵。發(fā)射臺包括兩層結構：一個“屋頂”，火箭可以從上面發(fā)射或著陸；以及下方的一系列通道，用于安全地導出廢氣。屋頂上的狹縫可以讓火箭排出的廢氣進入精心設計的通道，然后將廢氣流引向發(fā)射臺的邊緣，并通過專門的通風孔排出。中央錐體和分隔物支撐著火箭和發(fā)射臺屋頂的重量，而一堵環(huán)繞的墻體結構可用來捕獲在發(fā)射或著陸期間產生的所有月球塵埃顆粒。

△火箭發(fā)射靜態(tài)測試。圖片由ICON提供。

ICON的工作人員花了七個小時來打印發(fā)射臺的外殼和內部框架，花了14個小時來打印填充物，包括發(fā)射臺厚厚的 “屋頂” 和火箭的定位架。為了完成任務，團隊依靠公司專有的Vulcan 工業(yè)建筑3D打印機（通過集成平板電腦操作龍門平臺，使工作人員能夠直觀、輕松地監(jiān)視和控制機器）以及獨特的Lavacrete材料來精確澆注混凝土。

△使用ICON的Vulcan系統(tǒng)3D打印的月球發(fā)射和著陸臺。圖片由ICON提供。

學生們在2019年NASA提案寫作和評估體驗（NPWEE）中構思了發(fā)射臺的方案。NPWEE是由NASA馬歇爾太空飛行中心首席技術專家John Dankanich設計的為期12周的培訓課程，作為露西學生管道加速器和能力促進者（L'SPACE）學院的一部分，旨在推動滿足NASA需求的高質量、多樣化的創(chuàng)新方案和技術。

盡管團隊當時沒有獲勝，但他們在2020年6月再次向馬歇爾專家展示了虛擬的設計準備情況評估，并獲得了資助，以及打印和測試這種發(fā)射臺的小尺寸版本的許可。后來，他們于2021年1月在美國航空航天學院的2021年科學技術論壇上提交了有關LunarPAD概念的論文，表明他們的想法依賴于原位資源利用（ISRU）方法和技術來最小化發(fā)射重量。

△使用ICON的Vulcan系統(tǒng)3D打印的月球發(fā)射和著陸臺俯視圖。圖片由ICON提供。

為了測試復雜的設計及3D打印能力，團隊與馬歇爾月球到火星行星自治建設技術項目（MMPACT）的專家進行合作，測試發(fā)射臺在極端高溫和火箭發(fā)動機產生的壓力下如何表現(xiàn)。MMPACT由NASA的“游戲變更開發(fā)”計劃資助，旨在開發(fā)、交付和展示按需能力。通過使用月球上的材料來建造降落場、棲息地、避難所、道路、護堤和爆炸防護罩，保護宇航員的同時在月球表面創(chuàng)建基礎設施。位于大學城的德克薩斯農工大學的探空火箭隊協(xié)助進行了熱火試驗和火箭發(fā)動機的制造。在靜態(tài)發(fā)射過程中，用于測量溫度、應變和排氣流動的儀器被集成到了發(fā)射臺中。根據初步分析和儀器分析結果，月球發(fā)射和著陸臺按設計完成任務。

被NASA成為阿爾忒彌斯的下一代探險家們將會是美國未來航空航天事業(yè)的中流砥柱。從NASA的阿爾忒彌斯學生挑戰(zhàn)賽到和宇航員們的互動，NASA一直很注重對于未來人才的培養(yǎng)。目前，南極熊了解到，已經有1萬2千多人申請加入阿爾忒彌斯計劃，向月球和火星邁進。學生團隊的項目包括制造地下采礦機器人、制造并發(fā)射大功率火箭以及航天套裝上的用戶界面技術等。相信這些項目會在未來的人類歷史上書寫更多的故事。

參考閱讀：

1. Artemis Student Challenges

https://stem.nasa.gov/artemis/#challenges

2. Artemis Generation Students Design 3D-printed Rocket PadFor Lunar Missions with NASA & ICON

https://www.iconbuild.com/updates/3d-printed-rocket-pad-for-lunar-missions

3. ICON Builds Student-Designed 3D Printed Rocket PAD forMoon Missions

https://3dprint.com/279729/icon-builds-student-designed-3d-printed-rocket-pad-for-moon-missions/