Космічне виробництво безсумнівно дозволить людству перейти від тимчасових польотів у космос до постійної присутності там.
3d інструменти друку
Космічні агентства зазвичай комплектують пілотовані місії величезною кількістю запасних частин. Це дозволяє парирувати будь-які непередбачені обставини. І це при стартовій вартості доставки вантажу на орбіту близько 14 000 доларів за кілограм На Міжнародній космічній станції (МКС) подібні запчастини коштують, за різними оцінками, 1,4 мільярда доларів. І більшість з них ніколи не буде використано.
А чому б нам не розробити спосіб створити практично будь-який об'єкт безпосередньо в космосі, коли він потрібен? Або навіть розплавити деталь після того, як вона виконає свою роботу, і повторно використовувати матеріал для чогось іншого?
У 2014 році американська компанія Made In Space відправила перший 3D-принтер на МКС. Там він використовувався для того, щоб продемонструвати, що деталі, надруковані в умовах невагомості так само міцні, як і ті, що надруковані на Землі.
Через два роки компанія відправила в космос свій принтер наступного покоління. Він отримав назву Advanced Manufacturing Facility. З того часу вона надає послуги з виготовлення різних виробів для НАСА та інших експериментаторів. Але система VULCAN, яка зараз відпрацьовується, зможе друкувати і з металів.
Інша американська компанія, Tethers Unlimited, відправила свій 3D-принтер на МКС 15 листопада минулого року. Перевага її пристрою полягає в тому, що він може переробляти відходи пластику в матеріал для 3D-друку. Це дозволяє заощадити на вартості відправки на орбіту спеціальної друкованої нитки.
Можливо, найбільш екстремальна ідея в цьому напрямку - це переробка відходів життєдіяльності людини, Дослідники з Університету Калгарі в Канаді створюють інженерні бактерії для перетворення людських відходів на «астропластик». Цей матеріал для 3D-друку має хімічну назву полігідроксибутират.
Орбітальні заводи
Очевидна проблема, яку потрібно подолати при створенні речей у космосі, - це відсутність гравітації. Відсутність гравітації означає відсутність конвекції, а це заважає передачі тепла. Але те, що є проблемою для інженерів Made In Space, може стати ключем до запуску першого орбітального заводу.
Високоякісне оптоволокно життєво необхідно для міжконтинентального зв'язку і високошвидкісного інтернету. В даний час індустрія Інтернету і телекомунікацій побудована на волокнах, що мають в основі діоксиду кремнію. Але інший тип волокон, зроблений на основі фторидного скла, відомий як ZBLAN, потенційно набагато ефективніший.
Але є проблема. Принаймні вона проявляється на Землі. Вона полягає в тому, що конвекція викликає утворення крихітних мікрокристалів в ZBLAN. Це робить технологію менш ефективною.
1998 року американський виробник оптичного волокна Thorlabs спробував створити матеріал за технологією ZBLAN на літаку, який перебував у вільному падінні. І протягом хвилини або близько того всередині нього всі тіла перебували в стані невагомості. У них це вийшло. Волокна ZBLAN, виготовлені в умовах невагомості, мали набагато менше мікрокристалів і чудову пропускну здатність.
Made In Space об'єднався з Thorlabs, щоб подивитися, чи зможуть вони виготовити високоякісне оптичне волокно в космосі. Виробник волокна був запущений на МКС у грудні 2017 року. Він проходить перший експериментальний прогін з можливістю створити чотири кілометри волокна всього з чотирьох кілограмів сировину, якщо це спрацює, це буде перший випадок, коли хто-небудь створить комерційний продукт в космосі.
Будівництво в космосі
На орбіті космонавти живуть і працюють всередині приміщень, не набагато більших, ніж транспортний контейнер. Так склалося тому, що кожен модуль МКС і все інше, що ми посилаємо на орбіту, обмежені розмірами ракети-носія.
Але якби ми могли організувати космічне виробництво, то потенційно могли б створити гігантські структури, які не витримали б власної ваги на Землі. Це і більш просторі космічні станції, і телескопи розміром з футбольне поле. Це могли б бути і величезні супутники для збору сонячної енергії. У той час як спеціалізовані деталі, такі як лінзи і сонячні елементи, все ще повинні бути виготовлені на Землі, елемент, який скріплює все разом, безсумнівно, може бути виготовлений і зібраний на орбіті.
Одним з перших прикладів подібного орбітального інженера-будівельника є Archinaut Made In Space. Це в основному роботизована складальна машина з вбудованим 3D-принтеромом. Принтер виготовляє стійки і роз'єми, які заховуються на місці. Це схоже на дитячий конструктор.
В даний час Archinaut може працювати зі схваленими НАСА високоміцними пластиками на основі полікарбонату. Вони були б більш ніж достатньо міцними, щоб утримувати разом гігантські космічні конструкції в умовах низького навантаження на орбіті. Archinaut вже зарекомендував себе у вакуумних випробуваннях, в умовах невагомості, і повинен потрапити на МКС у 2019 році.
Видобуток астероїдів
Зрештою сировину для будівництва можна знайти прямо в космосі.
Очевидно, що можна було б знайти для цих цілей зручний астероїд, багатий дорогоцінними металами, такими як золото або платина. На жаль, хоча на навколоземних орбітах і знаходиться близько 18000 астероїдів, тільки близько 4% з них, ймовірно, містять цінні метали. Таким чином, однією з найбільших проблем, що стоять перед галуззю, є пошук. Тому кілька компаній, у тому числі британська Asteroid Mining Corporation, працюють над створенням спеціальних супутників. Вони будуть сканувати космічні камені в пошуках потенційних золотих копалень.
Інші компанії, в тому числі американські Planetary Resources і Deep Space Industries, бачать майбутнє не в дорогоцінних металах, а у воді. Воду без зусиль можна перетворити на ракетне паливо (кисень і водень), просто пропустивши через неї електричний ток. Видобуваючи воду з крижаних каменів, ці компанії планують побудувати заправні станції для польотів на Місяць, на Марс або в глибини космосу.
Звичайно, взяти матеріал з астероїда не так-то просто. Поки з астероїда було отримано тільки близько одного міліграма матеріалу. Це кілька частинок пилу, зібраних японським космічним кораблем Hayabusa в 2010 році. У 2016 році НАСА запустило космічний корабель OSIRIS REx на астероїд Бенну.Якщо все піде за планом, він доставить на Землю близько 150 грамів матеріалу.
Амбітний план НАСА - захопити і помістити 50-метровий астероїд на орбіту навколо Місяця не отримав належного фінансування. Фізики з Каліфорнійського технологічного інституту підрахували, що така місія обійдеться приблизно в 3,6 мільярда доларів. Це багато грошей. Але все ж не на багато більше, ніж розробка нової шахти на Землі. Особливо якщо врахувати, що правильно підібраний камінь може містити ресурси на десятки мільярдів доларів. Найбільшою проблемою може бути економічний закон попиту і пропозиції. Доставка астероїда, що містить тисячі тонн золота або платини може призвести до краху ринку. І тоді дорогоцінні метали стануть дешевими, як стружка від олівця.
Будівництво позаземного середовища проживання
Чи можемо ми відправити гігантські 3D-принтери на Місяць або Марс для будівництва там колоній?
Перші 3D друковані будинки на Землі вже були побудовані, у найпростішому випадку створювали їх величезні принтери виглядають як бетономішалки з роботизованою рукою. Вона маніпулює насадкою, щоб видавлювати будівельний матеріал шару. Деякі дослідники вже розробляють способи заміни піску, зазвичай використовуваного в цементі, на марсіанський або місячний пил. У 2014 році італійські дослідники показали, що вони можуть будувати великі конструкції, використовуючи матеріал, схожий на місячний реголіт (шар матеріалу, що покриває тверду поверхню Місяця).
Наразі НАСА проводить конкурс зі створення автономних роботів, які зможуть створювати місця проживання для людини в інших світах.
Тому, можливо, першими колоністами Марса стануть роботи. Вони висадяться на Червоній планеті, щоб побудувати перше місто для людей в цих мертвих холодних пісках...
