美國學生為登月計劃設(shè)計可重復(fù)使用的3D打印著陸架

來自美國10所大學的本科生團隊為未來的登月任務(wù)設(shè)計了可重復(fù)使用的3D打印發(fā)射著陸墊。

這一概念被稱為“月球羽流減緩裝置”（Lunar Pillow Releasation Device），或稱“月球墊”，它被設(shè)計成可以直接在月球表面發(fā)現(xiàn)的月球表土材料進行3D打印。主要是為彌補一個未解決的問題，即遇到啟動著陸燒傷。在這種情況下，發(fā)動機排氣所產(chǎn)生的力會導(dǎo)致松散的月球塵埃揚起并攪動。其新穎的曼荼羅式內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)可以將月球塵埃以層流的方式向外引導(dǎo)，從而降低了由月球登陸引起的原本非常湍急的沙塵暴強度。

一月初，學生們在美國航空航天學院的2021科技論壇上發(fā)表了有關(guān)其概念著陸平臺的研究論文。美國宇航局馬歇爾太空飛行中心首席技術(shù)員約翰·丹卡尼奇（John Dankanich）表示：“當您瀏覽此出版物時，學生和學校的多樣性非常獨特。與各種各樣的團隊合作開發(fā)的解決方案，對解決NASA技術(shù)空白的創(chuàng)新具有明顯的優(yōu)勢。”

3D打印月球發(fā)射和著陸墊的內(nèi)部幾何形狀

3D打印的月球墊

該設(shè)計最初是2019年由Dankanich組織在為期12周培訓(xùn)課程中的NASA提案寫作和評估體驗中提出的。這個想法在當時被稱為DUST DEVILS，其最高排名獲得了NASA內(nèi)部主題專家的團隊資金和技術(shù)支持。然后，在2020年6月，研究小組向馬歇爾的專家們介紹了最終設(shè)計，專家們獲得了在地球上打印和測試原型所需的資金。

丹卡尼奇補充說：“該提案解決了一些技術(shù)難題，因為該項目可以實現(xiàn)可持續(xù)的月球探測所需的安全且可重復(fù)使用的著陸平臺。該團隊聘請了NASA主題專家，從概念制定到初步設(shè)計。然后，他們在短短的幾個月內(nèi)就將這種設(shè)計與規(guī)�；�的設(shè)計變成了現(xiàn)實。”

護墊本身包括兩個單獨的層，火箭所在的屋頂和內(nèi)部空間，內(nèi)部空間充滿用于重定向廢氣的通道。屋頂具有狹縫，使排氣能夠分散到整個內(nèi)部通道中，然后從排氣孔中將其從圍繞發(fā)射板邊緣的通風口中抽出�；鸺�的重量由中央錐體和分隔板支撐。

學生們在營地斯威夫特（Camp Swift）建造了電子秤

測試原型

為了測試設(shè)計的可行性，學生們?nèi)ツ昱c馬歇爾的專家一起，在得克薩斯州的斯威夫特營地，使用了由ICON建筑公司開發(fā)的混凝土3D打印機和該項目的特殊水泥基材料打印了一個小規(guī)模的原型。

馬歇爾太空技術(shù)開發(fā)部，Jacobs工程集團的太空制造工程師邁克·菲斯克補充說：“去年很高興與這些學生一起工作，并幫助推進行星發(fā)射和著陸方面的最新技術(shù)墊�！�

菲斯克（Fiske）和學生打算在二月下旬返回斯威夫特營地，在高溫和壓力下通過真實的火箭熱試驗和材料樣品評估來測試原型墊。在打印過程中，將測量溫度、應(yīng)變和排氣流量等參數(shù)所需的儀器集成到墊板中。

除了著陸區(qū)以外，NASA多年來一直在進行有關(guān)太空制造的想法。航天局最初選擇工程公司COSM Advanced Manufacturing Systems于2017年開發(fā)的一種自動電子束3D打印機。該公司最近宣布，已開始著手最終開發(fā)和建造基于DED的金屬3D打印機，以滿足NASA對太空組件維修的需求。

布倫瑞克工業(yè)大學和漢諾威激光中心（LZH）的科學家最近首次在零重力下3D打印了月球重石。作為“ MOONRISE”項目的一部分，該團隊在其“ MIRA3D”月球漫游車上安裝了定制激光，并將月塵融化成球形，為飛行準備就緒的模型鋪平了道路，該模型可以給未來的宇航員在月球長期制造提供條件。