Aditivní kovová výroba ve vesmíru
Vědci z Technické univerzity v Braunschweigu navrhli namontovat 3D tiskárny na volně létající satelity, aby s jejich pomocí umožnili aditivní výrobu ve vesmíru.
Zatímco proces 3D tisku z kovu byl na Zemi zvládnut, ve vesmíru představuje řadu technických výzev. Od nezbytné miniaturizace po ochranu před agresivním tiskovým prostředím způsobeným laserem a teplem, které generuje.
První kovová 3D tiskárna pro vesmír, vyvinutá konsorciem divize Airbus Defense and Space, byla již letos vypravena na ISS, na jejíž palubě je už několik plastových 3D tiskáren, které astronauti využívají k výrobě náhradních malých plastových dílů pro opravy.
3D tisk z kovu, který se nyní testuje na palubě modulu Columbus, je novinkou, ale projekt Technické univerzity v Braunschweigu (TUB) hodlá svými ambicemi přenést aditivní kovovou výrobu do volného kosmického prostoru.
TUB vychází z toho, že současná velikost kosmické lodi je omezena prostorem kapotáže rakety. Kosmická loď větší než dostupné rozměry kapotáže musí být rozložena a následně opět složena na oběžné dráze, nebo musí být sestavena na orbitě ze samostatně vypouštěných modulů. Obě tyto možnosti vyžadují komplikované, nákladné metody montáže nebo skládání větších konstrukcí, což s sebou nese vysokou složitost i riziko neúspěchu mise.
Konstrukce přizpůsobená prostředí
Alternativou je výroba přímo ve vesmíru (tzv. in-space manufacturing – ISM) na oběžné dráze, což by nejen dovolilo, aby kosmická loď měla rozměry, které jsou výrazně větší než startovací kapotáž, ale také umožnilo konstrukci kosmické lodi přizpůsobené vesmírnému prostředí.
Výzkumníci z ELISSA (Experimental Lab for Proximity Operations and Space Situational Awareness) z Ústavu vesmírných systémů na TUB navrhli a otestovali proces umožňující vytvářet struktury s libovolnou délkou. Proces využívá technologii aditivní výroby, která umožňuje vytvářet větší a efektivnější konstrukce, aniž by zařízení muselo vydržet vysoké mechanické zatížení při startu. Kosmická loď vyrobená na oběžné dráze by musela odolat jen relativně neškodnému mechanickému zatížení, které se vyskytuje v mikrogravitaci, což by vedlo k účinnějším a méně masivním konstrukcím.
Díky nízkému odpadu a flexibilitě je AM vhodným řešením pro ISM, přičemž experimenty zařízení pro aditivní výrobu testované na mezinárodní kosmické stanici ISS ukazují proveditelnost. Mise jako Orbital Factory II a OSAM-2 plánují rozšířit AM na větší a funkční struktury ve vesmíru. Metoda TUB, která kombinuje flexibilitu AM s výhodami prostředí mikrogravitace pro efektivní výrobu vesmírných struktur ve velkém měřítku, nabízí významný pokrok v ISM.
Satelit s robotem a tiskovou hlavou
Navrhovaný koncept uvažuje použití volně létajícího satelitu vybaveného robotickým manipulátorem a tiskovou hlavou FDM k výrobě velkých struktur v segmentech, které by byly následně sestaveny do požadované konfigurace. Systém byl testován v prostředí simulované mikrogravitace pomocí robota poháněného ventilátorem na pneumatickém ložiskovém stole, což prokázalo potenciál pro výrobu konstrukcí s neomezenou délkou ve vesmíru.
Technologie FDM, kterou výzkumníci předpokládají pro využití k těmto účelům, je pro ISM zvláště slibná díky své vhodnosti pro mikrogravitaci kvůli absenci kapalin nebo prášků a nižším tepelným požadavkům. Umožňuje vytvářet řídké, zátěžově efektivní konstrukce, jako jsou vazníky apod., tedy právě struktury kritické pro velké kosmické systémy.
Josef Vališka
Foto: ESA/NASA, TUB
5
