格拉斯哥大學建成英國首個太空3D打印材料結構完整性測試設施NextSpace TestRig

2025年5月20日，南極熊獲悉，格拉斯哥大學詹姆斯·瓦特工程學院由Gilles Bailet博士領導的研究團隊，與制造技術中心（MTC）合作，共同建成了英國首個專用于測試太空3D打印材料結構完整性的設施，命名為“NextSpace TestRig”。該項目獲得了英國航天局的資金支持，有望幫助航天工業(yè)規(guī)避空間碎片這一重大潛在威脅。



太空制造業(yè)正改變我們將材料和物體送入軌道的方式。航天器裝載的物品越多，其自身重量就越大，送入軌道的難度和成本也隨之增加。因此，過去十年間，工業(yè)界在研發(fā)太空3D打印機方面投入了大量精力，例如Photocentric公司的CosmicMaker和加州大學伯克利分校的SpaceCAL。然而，盡管利用這些特制3D打印機在軌道上直接構建太陽能反射器等結構和設備能夠降低成本，但仍然存在問題。



任何在太空中的物體都必須能夠承受在極端溫度間反復變化的硬真空環(huán)境，如果3D打印材料制造不當，其結構可能產生各種問題。3D打印部件中的缺陷或瑕疵，如熔化不良的區(qū)域或微小氣泡，在地球上可能并非嚴重問題，但在太空中卻可能造成災難性后果。3D打印物體可能會碎裂，產生的碎片將高速進入軌道，加入到宇宙中的太空垃圾行列。這正是NextSpace TestRig發(fā)揮作用的領域。格拉斯哥的這個地下設施，實質上是再造了一小片外太空環(huán)境，目的是確保在軌道上3D打印的陶瓷、聚合物和金屬材料能夠承受外太空極端的物理應力。



Gilles Bailet博士表示：“3D打印是一項極具前景的技術，它使我們能夠直接在軌道上構建非常復雜的結構，而無需通過火箭將其運送至太空。它可以幫助我們制造各種設備，從輕型通信天線到太陽能反射器，再到航天器的結構部件，甚至是用于月球及更遠深空任務的人類棲息地。然而，這種潛力也伴隨著巨大的風險。如果太空3D打印的零部件未經充分測試便倉促上馬，風險將被進一步放大。物體在軌道上高速運行，如果一個制造不良的結構部件發(fā)生斷裂，它將以步槍子彈的速度環(huán)繞地球飛行。如果它撞擊到衛(wèi)星或航天器等其他物體，可能會造成災難性的破壞，并且其碰撞產生的碎片會對其他物體造成進一步損害，從而導致連鎖反應。NextSpace TestRig向全球的學術同仁、研究人員和商業(yè)客戶開放，幫助他們確保計劃在太空中3D打印的任何材料都能安全工作。我們也期望，未來幾年我們收集到的數據將有助于監(jiān)管機構依據真實世界的測試結果，制定太空制造的安全標準。”



為了在地球上創(chuàng)造類似太空的條件，NextSpace TestRig使用了一個特殊的真空室，能夠產生-150°C至+250°C的溫度。該測試設施旨在支持日益發(fā)展的太空制造領域，是Bailet博士太空3D打印研究的最新進展。他還為一種用于在軌使用的3D打印機原型申請了專利，該原型已在“vomit comet”研究飛機上進行了多次飛行測試。

Bailet博士表示：“我們預計NextSpace TestRig將在未來幾年為英國航天工業(yè)帶來真正的助益。格拉斯哥已經是太空技術的卓越中心——這里的公司制造的衛(wèi)星數量位居世界前列，僅次于美國西海岸。我們的設施將有助于增強未來在軌組裝航天器的能力，確保英國航天部門在國際上更具競爭力�！�



該測試設施配備了一個獨特的樣本倉儲系統(tǒng)，能夠在一個測試周期內自動測試多個材料樣本。這個極其高效的系統(tǒng)能夠施加高達20千牛頓（約合2000公斤）的力來破壞樣本，然后在模擬太空大氣環(huán)境的真空條件下分析其特性。此外，樣本還要經受極端溫度的循環(huán)測試，這也與它們在軌道上將面臨的環(huán)境相匹配。制造技術中心和格拉斯哥大學從英國航天局的“使能技術計劃”中獲得了25.3萬英鎊的資金，以支持他們的這項工作。