Блог | Volgobot

3D-Технологии на Марсе.

Сегодня мы предлагаем вашему вниманию статью о том, как можно использовать аддитивные технологии за пределами нашей планеты.

Давайте ознакомимся с деятельностью компании AI SpaceFactory, которая разработала технологию, отмеченную наградами NASA по производству жилых капсул на Марсе в известной космической программе по освоению красной планеты.

Проект MARSHA.

Для полноценного погружения в тему начнем статью со слов, опубликованных на официальном сайте проекта:
«Архитектура на Земле играет решающую роль в том, как мы живём. На Марсе важность данной темы значительно возрастает, поскольку здания обуславливают качество нашей жизни и здоровья. В космической архитектуре каждое дизайнерское решение имеет большое значение для успеха миссии. Конструкции должны быть устойчивыми, а внутренняя планировка должна соответствовать требованиям миссии. И все же, поскольку устойчивость социального и психического здоровья крайне важны, космические среды обитания должны быть спроектированы так, чтобы они сами по себе были богатыми, полезными и интересными мирами. Marsha - это дизайн-проект марсианской среды обитания от AI SpaceFactory, который показывает, что внеземная архитектура может быть как функциональной и надёжной, так и удивительно необычной и красивой с точки зрения нового инопланетного мира».
Теперь давайте узнаем, причем же здесь 3D печать.

В чужой среде, находящейся на расстоянии 54,6 миллиона километров от Земли, конструкция здания и его материалы должны быть полностью переосмыслены.

3D печать в данной ситуации выступает в качестве единственной технологии, которая способна обеспечить человечеству внеземное будущее.

Освоение и заселение Марса в любом значимом и устойчивом масштабе будет зависеть от использования материалов, найденных на красной планете. Это обеспечивается технологией использования ресурсов на месте (ISRU), которая может быть реализована только с помощью аддитивных технологий. ISRU позволяет исключить из уравнения освоения Марса необходимость импорта материалов с Земли. Без ISRU стоимость импорта материалов делает проект внеземного будущего невозможным.

Чтобы отказаться от импорта материалов, космические агентства и компании планируют отправлять на Марс технику раньше людей, чтобы она занимались сбором необработанных марсианских материалов и перерабатывала их в формы, которые можно складировать и собирать в дома и другие сооружения. Таким образом, используя технологии, опробованные сначала на Земле, будущие места обитания на Марсе могут быть построены до прибытия человека.

Суть возведения жилых капсул на Марсе основана на возможности печатать материалами, собранными и переработанными на месте - инновационной смесью из базальтового волокна, извлечённого из марсианских пород, и возобновляемого биопластика (полимолочная кислота, или PLA), полученного из растений, выращенных на месте. Данную смесь компания AI SpaceFactory разработала в сотрудничестве с Techmer PM.

Разработанный пригодный для вторичной переработки полимерный композит в испытаниях NASA превзошёл бетон по характеристикам на прочность, долговечность и прочность на сжатие. В ходе испытаний в лаборатории ASTM композит был сертифицирован как материал превосходящий физические качества бетона на сжатие в 2-3 раза, а при замораживании-оттаивании в 5 раз.

Новый термопласт обладает следующими характеристиками:
  • Высокая прочность.
Базальтовое волокно известно своей превосходной прочностью на растяжение. Он сравнимо с углеродным волокном и кевларом, но при этом гораздо проще в производстве.
  • Возможность экранировать излучения.
Благодаря своему низкому общему атомному весу пластмассы являются эффективными экранами для ионизирующего космического излучения.
  • Возможность повторного использования.
PLA - это прочный термопластик, который пригоден для вторичной переработки и обладает дополнительным преимуществом возможности изготовления на месте
  • Стабильность размеров.
PLA имеет самый низкий коэффициент теплового расширения среди пластмасс, что имеет решающее значение для достижения композиционного действия с измельчённым базальтовым волокном, которое также обладает высокой устойчивостью.
  • Нетоксичность.
PLA - биопластик, поэтому выбросы при печати безвредны, в отличие от нефтехимических пластмасс, которые выделяют большое количество токсичных микрочастиц, таких как стирол.
  • Непроводимость.
PLA ценится за его низкую проводимость, а базальт является одним из самых эффективных известных изоляторов. Вместе они защищают конструкцию от экстремальных внешних условий.

MARSHA использует уникальную схему с двумя оболочками, чтобы изолировать обитаемые помещения от структурных напряжений, вызванных экстремальными перепадами температуры на Марсе. Такое разделение делает внутреннюю среду неподвластной однообразию, требуемому от внешней оболочки, которая сохраняет простую и эффективную форму для несения основных нагрузок. В результате интерьер может быть спроектирован с учётом потребностей человека, как мы привыкли на Земле.
Процесс печати осуществляется по слоям, обе оболочки печатаются одновременно. Возведение здания MARSHA состоит из этапов. Изначально в грунт вставляются сваи, которые прикрепляют объект к поверхности. Далее печатается выравнивающий слой под фундамент с элементами под несение нагрузок в местах крепления стен и непосредственно сам фундамент. После этого устанавливаются боковые опоры-зажимы, призванные дополнительно стабилизировать конструкцию в необходимом положении. После этого начинается поэтажное возведение стен с перекрытиями, перегородками и вертикальными коммуникациями. В конце 4 этажа печатается основа под верхний люк-окно. Окно монтируется и закрепляется в исходном положении с помощью непрерывного вертикального заполнения пустот термопластом. Далее в готовый объект вставляются окна, дверь и люк для космических скафандров.

Форма зданий значительно переосмыслена в сравнении с первыми принципами того, какой могла бы быть марсианская среда обитания. Жилая капсула MARSHA - не очередной низменный купол или замкнутое, наполовину заглублённое сооружение, а яркий, многоуровневый, свободный от коридоров дом, стоящий вертикально на поверхности Марса.

Там, где сооружения на Земле рассчитаны в первую очередь на гравитацию и ветер, марсианские условия требуют конструкции, оптимизированной для работы с внутренним атмосферным давлением и тепловыми нагрузками. Уникальная вертикально ориентированная яйцевидная форма MARSHA обеспечивает небольшую площадь, сводя к минимуму механические нагрузки у основания и верха, которые увеличиваются с увеличением диаметра. Стоя высоко на поверхности, экипаж получает превосходную точку обзора для наблюдения за динамичным ландшафтом с погодными условиями, облаками и меняющимися оттенками – их новым домом и объектом изучения одновременно. Высокая и узкая конструкция уменьшает потребность строительной машины в непрерывном перемещении по поверхности, снижая риск и повышая скорость и точность.
Эти инновации бросают вызов общепринятому представлению о куполах «космической эры», сосредоточив внимание на создании пространств, приспособленных как к известным, так и к ожидаемым физическим и психологическим требованиям миссии на Марсе.

Функциональные зоны MARSHA расположены на четырёх уровнях, отличающихся уникальной внутренней атмосферой, которая поощряет мобильность и предотвращает монотонность. Благодаря большому потолочному люку наверху и прерывистым окнам, пространство между двумя корпусами служит источником света, соединяющим все уровни с рассеянным естественным светом. Это уникальное пространство позволяет лестнице плавно изгибаться от этажа к этажу, добавляя размеренность повседневной жизни.
В жилой ячейке MARSHA созданы земные условия для здоровья и производительности экипажа. Миссии сопряжены со стрессами и проблемами, которые необходимо решать в пространстве, изменив жёсткую прямолинейную структуру потолка, типичного для космических миссий. Поскольку устойчивое социальное и психическое здоровье играют значительную роль для миссии, MARSHA предлагает отдельные комнаты необычной формы и буквально даёт возможность команде вырваться за пределы чрезмерно предписывающего существования.
На каждом уровне здания есть по крайней мере 1 окно, которые вместе охватывают всю 360-градусную панораму. Интерьер наполняет непрямой естественный свет из большого заполненного водой верхнего окна и перемежающихся окон. При этом экипаж находится в безопасности от вредного солнечного и космического излучения. Для максимального улучшения здоровья экипажа используется циркадное освещение, которое предназначено для воссоздания земного света.
Made on
Tilda