Všichni víme, že čas je po splatnosti měsíce. Náklady na odeslání všeho, co Země potřebuje k vybudování základny, jsou však nepřiměřené. Zemská gravitace je příliš hluboká a příliš silná, aby se tam dostalo všechno s raketami. Jaké je řešení?
Podle ESA je řešením aditivní výroba (AM) a využití zdrojů in situ (ISRU).
ESA vede projekt, který přichází s způsoby, jak mohou být AM nebo 3D tisk použity nyní a v budoucnosti, aby byla měsíční základna proveditelnější. Projekt se nazývá „Koncipování lunární základny pomocí technologií 3D tisku.“ Toto je starý průkopnický duch života mimo zemi, ale znovu zavedený pomocí moderních pokročilých technologií. AM a ISRU omezí naši logistickou závislost na Zemi a umožní hodně z toho, co je třeba na základně Měsíce postavit ze zdrojů dostupných na Měsíci; konkrétně samotný Měsíční prach.
"3D tisk nabízí potenciální prostředek k usnadnění měsíčního vypořádání se sníženou logistikou ze Země." -Scott Hovland týmu ESA pro kosmické lety.
Podle ESA lze v případě potřeby 3D tisknout širokou škálu materiálů a zařízení potřebných pro základnu Měsíce. Všechno od stavebních materiálů přes solární panely, vybavení a nástroje až po oblečení, by mohlo být potenciálně 3D tisknuto na Měsíc. Je možné, že i 3D živiny by mohly poskytovat i živiny a složky potravin.
3D tisk nejen snižuje náklady na měsíční základnu, ale činí celý podnik citlivější a přizpůsobitelnější. Lunární regolith může být použit nejen k výrobě co nejvíce struktur a položek, ale také k recyklaci a opětovnému použití předmětů přinesených ze Země.
Projekt „Conceiving a Lunar Base…“ vidí třífázový plán měsíční základny, který se silně spoléhá na 3D tisk:
- Fáze jedna: Přežít. To se týká základů potřebných k tomu, aby malá posádka mohla přežít na Měsíci, jako například v obytných čtvrtích.
- Druhá fáze: Udržitelné. To znamená, že se základna Měsíce rozšiřuje o další prostory pro posádky, výrobní prostory a výzkumná zařízení.
- Fáze 3: Provozní. V této fázi je základna Měsíce plně funkční a postavená pro dlouhodobé bydlení.
„Vybrané tiskové procesy by umožnily recyklaci dostupných materiálů pro různé účely,“ vysvětluje Antonella Sgambati ze společnosti OHB System AG, která projekt řídí. „Další velkou výhodou trojrozměrného tisku - jinak známého jako výroba aditiv - je šířka možností designu, které umožňuje. Komponenty, produkty a samotný tiskový proces lze přepracovat na základě jejich zamýšleného konečného použití v lunární základně. Je možné rozhodnout, jak nejlépe propojit dostupné materiály s hardwarem, který má být vytištěn. “
Kořeny projektu sahají až do roku 2013, kdy ESA najala architektonickou firmu, aby navrhla strukturu, která by vydržela lunární prostředí. Kicker byl, že to muselo být vyrobeno z lunární půdy, nebo v tomto případě simulované lunární půdy. Architektonická firma Foster and Partners postavila stavební blok o hmotnosti 1,5 tuny. Stavební blok byl dutá, uzavřená buněčná struktura podobná ptačí ptačí kosti.
"V praxi jsme zvyklí navrhovat extrémní podnebí na Zemi a využívat environmentální přínosy používání místních udržitelných materiálů," poznamenal Xavier De Kestelier ze skupiny Foster + Partners Specialing Modeling Group. "Naše lunární obydlí se řídí podobnou logikou."
Vědci v ESA experimentují se simulovaným lunárním regolitem na 3D tisk malých předmětů, jako jsou šrouby a převody, a dokonce i mince. Regolit není příliš obtížné simulovat a obsahuje věci jako oxidy křemíku, hliníku, vápníku a železa. Přítomnost těchto materiálů znamená, že regolit může být formován do použitelných tvarů.
Samozřejmě to není tak jednoduché, jako nalití měsíční nečistoty do tiskárny a poté se objeví tolik potřebné předměty. Nejprve se simulovaný lunární regolit rozemele na velikost částic. Pak je smíchán s pojivem, které reaguje na světlo. Předmět se vytiskne z výsledné směsi, poté se vystaví světlu, aby se vytvrdil, a nakonec se peče v peci. Podle ESA je hotový produkt jako kousek keramiky z Měsíčního prachu.
Jedním z nejzajímavějších potenciálních budoucích využití 3D tisku při průzkumu vesmíru je oblast lékařské péče a nazývá se „biotisk“. Astronauti, kteří šli na Měsíc na mise Apollo, byli pryč asi 12 dní a vzali si s sebou malou lékárničku. Ale pro dlouhodobé pobyty, které budou astronauti na základně Měsíce vydržet, bude pravděpodobně nezbytná vyšší úroveň lékařské péče.
"Ptáme se, co by astronauti potřebovali v krátkodobém, střednědobém a dlouhodobém horizontu a jaké kroky je třeba učinit, aby 3D bioprinting dospěl na úroveň, kde může být užitečný ve vesmíru." - Tommaso Ghidini, vedoucí oddělení struktur, mechanismů a materiálů ESA.
ESA zkoumá 3D tisk a jak by mohla pomoci zajistit lékařskou péči astronautům na Měsíci nebo jinde. Astronauti, kteří se vydávají hluboko do vesmíru, by mohli být léčeni pomocí kůže s kostí, kostí a - jednoho dne - celých orgánů.
Tato myšlenka se točí kolem myšlenky „bio-inkoustů“. Jsou založeny na lidských buňkách a na živinách a materiálech potřebných k opětovnému růstu tělesné tkáně, jako je kůže, kost a chrupavka. Dále do budoucnosti je myšlenka tisku celých orgánů. To je v tuto chvíli dost spekulativní, ale lékařský 3D tisk se tam pravděpodobně v budoucnu dostane.
"Ptáme se, co by astronauti potřebovali v krátkodobém, střednědobém a dlouhodobém horizontu a jaké kroky je třeba učinit, aby bylo možné 3D bioprinting dozrát na úroveň, kde může být užitečný ve vesmíru," řekl Tommaso Ghidini, vedoucí struktur ESA, Mechanisms, a divize materiálů. "Definujeme vývojový plán a časový plán s cílem, aby se tato skupina v budoucnu stala vědeckou pracovní skupinou a posílila pokrok."
3D biotisk umožňuje izolovaným posádkám ve vesmíru připravit se na větší počet mimořádných událostí, než je možné u současné technologie. Ve vesmíru nebo na Měsíci nebo na jiné planetě je prostor uvnitř obytných čtvrtí za prémii. Plně zásobené zdravotnické středisko je luxusní astronauti, které si pravděpodobně nebudou dovolit. ESA používá jako příklad pro ilustraci výhod 3D biologického tisku popáleninové zranění.
Vážná zranění způsobená popálením se obvykle léčí kožními štěpy odjinud na těle pacienta. To zahrnuje sekundární poškození transplantované oblasti, zdaleka ne ideální, když výzkum ukazuje, že orbitální prostředí ztěžuje hojení ran. Místo toho by mohla být nová kůže pěstována a biotištěna z vlastních buněk pacienta a pak přímo transplantována.
V ESA existuje rostoucí nadšení pro měsíční základnu. Je to další logický krok a doplňuje bránu Deep Space Gateway jako odrazový můstek pro další průzkum Sluneční soustavy. Existuje celá řada technologií, které pohánějí celé úsilí kupředu, z nichž je aditivní výroba, nebo 3D tisk, jen jedna. Prozatím se však většina těchto technologií musí testovat zde na Zemi, v prostředích simulujících důležité aspekty lunárního prostředí.
Některé z těchto technologií se testují na základně ESA Pangea-X Moon na Lanzarote na Kanárských ostrovech. Lanzarote je perfektní prostředí pro testování některých geologických aspektů mise na Měsíc nebo na Mars. Konkrétně bude testovat technologie pro odběr vzorků hornin.
Dokonce i něco, co se zdá být tak jednoduché jako odebírání vzorků hornin, je zmateno několika obtížemi ve vesmírném prostředí. Zejména zpoždění komunikace může učinit vše náročnějším. Experiment minulý týden s názvem Analog-1 testoval vědecké, provozní a komunikační aspekty průzkumné mise. Astronaut ESA Matthias Maurer bude umístěn v Pangea-X a bude dálkově pilotovat rover v Nizozemsku. K tomu využije technologii zvanou Elektronická polní kniha.
Elektronický polní kniha je nástroj, který integruje určování polohy v reálném čase, sdílení dat, hlasový chat a mnoho dalšího. Je to suchý pokus o experiment, který astronaut ESA Luca Parmitano provede příští rok z Mezinárodní vesmírné stanice. Polní kniha umožňuje odborným vědcům vést astronauty při shromažďování nejlepších vzorků.
Ať už se jedná o 3D tisk struktur, biomedicínský 3D tisk nebo všechny další technologie, které je třeba rozvíjet a zdokonalovat, je jasné, že ESA má oči na měsíční základně.
- ESA Press Release: Future Moon Base
- ESA Press Release: Pangea-X Moon base
- ESA Tisková zpráva: 3D tisk částí kůže, kostí a těla je zkoumán pro budoucí astronauty
- ESA Tisková zpráva: Vytváření měsíční základny pomocí 3D tisku
