路易斯安那州立大學(xué)將利用硫磺和風(fēng)化層3D打印技術(shù)支持NASA重返月球

2024年1月5日，南極熊獲悉，NASA與路易斯安那州立大學(xué)（LSU）攜手展開一項(xiàng)新項(xiàng)目，旨在利用月球材料和3D打印技術(shù)來支持美國的重返月球計(jì)劃。NASA的阿耳忒彌斯3號（Artemis III）登月任務(wù)將于2025年執(zhí)行。

△LSU大學(xué)助理教授兼3D打印建筑專家Ali Kazemian與NASA調(diào)查員

重返月球并建立基地

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，路易斯安那州立大學(xué)助理教授、3D打印建筑專家Ali Kazemian正在與NASA的調(diào)查員Michael Fiske和Jennifer Edmunson合作，皆在利用月球原生材料、硫磺和風(fēng)化層開發(fā)3D打印的無水混凝土。

這個(gè)名為 "使用3D打印無水混凝土在月球和火星上進(jìn)行行星機(jī)器人建造 "的項(xiàng)目獲得了美國國家科學(xué)基金會（NSF）20萬美元的資助。該項(xiàng)目計(jì)劃于2024年1月1日開始，預(yù)計(jì)2025年12月31日結(jié)束。

△美國國家航空航天局（NASA）阿耳忒彌斯3號（Artemis III）登月任務(wù)

3D打印技術(shù)與原位資源利用

雖然，目前已經(jīng)出現(xiàn)了利用外星材料進(jìn)行建筑的多種技術(shù)，但這一舉措在幾個(gè)方面與眾不同。首先，該項(xiàng)目的核心目標(biāo)在于開發(fā)硫風(fēng)化層混凝土（SRC），其核心特點(diǎn)是采用熔融硫磺作為粘合劑，同時(shí)利用月球風(fēng)化層（也就是原生月球土壤）作為填充物。據(jù)研究人員表明，這種組合具備了非常適合太空建設(shè)的特性，包括卓越的機(jī)械強(qiáng)度、快速硬化以及對酸性和鹽水環(huán)境的良好適應(yīng)性。

Kazemian表示：“我們的目標(biāo)是在月球上利用月球資源和大規(guī)模的3D打印技術(shù)進(jìn)行機(jī)器人建造�？紤]到從地球運(yùn)輸原材料的成本十分高昂，因此唯一實(shí)際的方法是利用月球和火星上已有的資源來進(jìn)行建造。這就是為何使用硫風(fēng)化層混凝土（SRC）進(jìn)行3D打印變得極具吸引力。另一方面，水泥混凝土（這是地球上最常用的建筑材料之一）在月球上的生產(chǎn)將變得極其復(fù)雜，還需要大量的水資源，而這些水資源本可以用于生命支持系統(tǒng)或者其它探索活動(dòng)。”

該項(xiàng)目主張利用月球和火星上容易獲取的材料的理念。這與未來太空探索、原位資源利用（ISRU）以及可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)完美契合，為自給自足的月球棲息地和建筑結(jié)構(gòu)鋪平了道路。

△LSU大學(xué)教授Ali Kazemian在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)為3D打印機(jī)裝載文件

創(chuàng)新中心的3D打印技術(shù)

Ali Kazemian的實(shí)驗(yàn)室（更為人所知的是路易斯安那州立大學(xué)Bert S. Turner施工管理系的rəcast實(shí)驗(yàn)室）處于建筑3D打印領(lǐng)域前沿研究的前沿。該項(xiàng)目由多學(xué)科合作進(jìn)行。創(chuàng)造了學(xué)術(shù)研究和實(shí)際太空應(yīng)用之間的動(dòng)態(tài)協(xié)同作用。這種合作有望加速創(chuàng)新建筑技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)確保研究仍然緊密圍繞太空探索的現(xiàn)實(shí)。

LSU-NASA項(xiàng)目計(jì)劃在模擬行星條件下對3D打印的SRC樣本進(jìn)行全面測試。這包括使材料承受極端的溫度波動(dòng)、接近真空的條件，甚至模擬微隕石的撞擊。通過解決這些關(guān)鍵的知識差距，該項(xiàng)目計(jì)劃深化我們對這些材料在月球和火星的挑戰(zhàn)性環(huán)境中的表現(xiàn)理解。

同時(shí)，LSU-NASA項(xiàng)目還非常重視教育。它為研究生、本科生和高中生提供了使用先進(jìn)建筑技術(shù)的平臺。通過激勵(lì)和培訓(xùn)下一代工程師和科學(xué)家，該計(jì)劃有助于培養(yǎng)未來太空探索所需的人才。

△路易斯安那州立大學(xué)教授Ali Kazemian實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的3D打印機(jī)

Ali Kazemian實(shí)驗(yàn)室另一個(gè)引人注目的項(xiàng)目是“邁向可持續(xù)機(jī)器人建筑：使用采石場副產(chǎn)品和低波特蘭水泥含量的混凝土3D打印”，皆在通過研究使用采石場副產(chǎn)品和低波特蘭水泥含量的3D打印混凝土，有效減少建筑的碳排放。該項(xiàng)目由路易斯安那州董事會在2023年至2026年資助。