3D打印與機器人技術在空間制造方面的應用

目前，人類太空探索所需要的航天器、衛(wèi)星等設備都是在地標制造，然后由火箭送入太空的。所以，它們的體積就在很大程度上受到了火箭內(nèi)部空間和運載能力的限制。不過對此，NASA（美國宇航局）已經(jīng)提出了可行的解決方案，就是將原材料和生產(chǎn)設備（機器人和3D打印機）送入太空，在那里按需制造，并開始嘗試一些項目。

第一個項目名為機器人裝配與服務商業(yè)基礎設施（CIRAS），旨在推進大型結(jié)構在軌制造和組裝技術的計劃，最終幫助NASA實現(xiàn)探索太陽系的宏偉目標。

CIRAS正在優(yōu)先開發(fā)下一代望遠鏡、太陽能傳輸和通信平臺的機器人裝配技術。 CIRAS已經(jīng)開始開發(fā)可逆接頭，以通過20米機械臂（也稱為TALISMAN-拉伸致動長距離空間內(nèi)機械手））和精密跳汰組裝機器人來處理精密測量和對準。

TALISMAN旨在降低與太空硬件轉(zhuǎn)移和組裝活動相關的成本和潛在的人身傷害，但CIRAS的項目并不止于此。

COSM先進制造系統(tǒng)最近加入到CIRAS團隊，設計了用于空間內(nèi)自主組裝應用的電子束3D金屬打印系統(tǒng)。COSM還開發(fā)為大型商業(yè)、空間和航空應用中的終端用戶提供原位計量和自適應過程控制的系統(tǒng)。

根據(jù)COSM創(chuàng)始人兼總裁Richard Comunale，“自主機器人控制下的空間結(jié)構的組裝和制造當然是非常具有挑戰(zhàn)性的。 我們的努力集中在開發(fā)這種應用的電子槍、光學和光束控制及計量系統(tǒng)�！�

COSM的貢獻基于原來的工作基礎上，他們與NASA蘭利研究中心的電子束自由形式制造（EBF3）計劃合作，該計劃使用電子束來提高在航空航天工業(yè)中金屬3D打印的使用，包括鈦、鉻鎳鐵合金和鋁。

CIRAS計劃由Orbital ATK牽頭，是美國宇航局空間機器人制造和裝配（IRMA）計劃下的三個項目計劃之一。 Orbital ATK公司的Cygnus宇宙飛船曾在2016年攜帶3D打印機器臂登陸國際空間站。

第二個項目由Made In Space公司領導的Archinaut技術開發(fā)項目還在開發(fā)能夠通過3D打印技術在空間中構建和組裝大型組件的硬件系統(tǒng)。如果在地球上制造航天器，航天器上的結(jié)構需要被折疊起來，等到送入太空之后再展開，而Archinaut就不需要這樣，因為它能直接在太空進行制造。在材料足夠的情況下，它可以打印出非常大的航天器。同時，這種方式還能減少對航空器進行“空間優(yōu)化”的需求，實現(xiàn)全新的設計，并有效降低太空發(fā)射成本。另外在未來，它還可以用于制造和裝配衛(wèi)星需要升級的零部件。

第三個項目稱為dubbed Dragonfly，是由Space Systems Loral（SSL）牽頭的，旨在通過機器人裝配接口和情境感知軟件令衛(wèi)星可以在軌道上自行組裝。

在發(fā)射到空間和最終商業(yè)化準備之前，這三個項目都將在地面上進行充分的驗證，包括通過機器人操縱桁架以及遠程制造結(jié)構桁架。

美國宇航局空間機器人制造和裝配（IRMA）計劃由NASA美國航空航天局太空技術任務總局（STMD）的技術演示任務（TDM）項目部進行負責與管理。

COSM的工作由NASA的蘭利研究中心與Orbital ATK、NASA的格倫研究中心以及美國海軍研究實驗室提供合作與資助。

延伸閱讀：《MIS正聯(lián)手NASA開發(fā)太空3D打印&組裝系統(tǒng)》

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來源：3D科學谷