机器人和3D打印用于空间制造

水墨黯月2017-07-31 09:18

  目前人类太空探索所需要的航天器、卫星等设备是在地球中进行制造,然后由火箭送入太空中的,所以航天设备的体积也一定程度上受到了火箭内部空间和运载能力的限制。

  那么,是否可以换一种思路,将原材料和生产设备送入太空中,在太空中进行按需生产呢?在这方面,NASA推出了一系列的计划项目,以加快通过机器人和3D打印在空间中制造的进程。

  NASA的机器人装配和服务商业基础设施(CIRAS)计划是致力于推进大型结构在轨制造和组装技术的计划,将有助于该机构实现其探索太阳系统的目标。

  CIRAS正在优先开发下一代望远镜、太阳能传输和通信平台的机器人装配技术。CIRAS已经开始开发可逆接头,以通过20米机械臂(也称为TALISMAN-拉伸致动长距离空间内机械手))和精密跳汰组装机器人来处理精密测量和对准。

  TALISMAN旨在降低与太空硬件转移和组装活动相关的成本和潜在的人身伤害,但CIRAS的项目并不止于此。

  COSM先进制造系统最近加入到CIRAS团队,设计了用于空间内自主组装应用的电子束3D金属打印系统。COSM还开发为大型商业、空间和航空应用中的终端用户提供原位计量和自适应过程控制的系统。

  根据COSM创始人兼总裁RichardComunale,“自主机器人控制下的空间结构的组装和制造当然是非常具有挑战性的。我们的努力集中在开发这种应用的电子枪、光学和光束控制及计量系统。”

  COSM的贡献基于原来的工作基础上,他们与NASA兰利研究中心的电子束自由形式制造(EBF3)计划合作,该计划使用电子束来提高在航空航天工业中金属3D打印的使用,包括钛、铬镍铁合金和铝。

  column_leftCIRAS计划由OrbitalATK牵头,是美国宇航局空间机器人制造和装配(IRMA)计划下的三个项目计划之一。OrbitalATK公司的Cygnus宇宙飞船曾在2016年携带3D打印机器臂登陆国际空间站。

  column_left第二个项目由MadeInSpace公司领导的Archinaut技术开发项目还在开发能够通过3D打印技术在空间中构建和组装大型组件的硬件系统。如果在地球上制造航天器,航天器上的结构需要被折叠起来,等到送入太空之后再展开。Archinaut具有的一个优势是直接在太空中进行制造,无需折叠。在打印材料足够充分的情况下,可以制造出非常大的航天器。这种太空直接制造的方式,也减少了对航空器进行“空间优化”的需求,实现全新的航天器设计,同时减少太空发射的成本。未来,Archinaut也可以用于制造和装配卫星中需要升级的零部件。

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  图片:通过3D打印来生产新的或替代结构,包括长梁和支柱(图片来源:NASA/MadeinSpace)。

  column_left第三个项目称为dubbedDragonfly,是由SpaceSystemsLoral(SSL)牵头的,该系统正在寻求通过机器人装配接口和情境感知软件使得卫星在轨道上进行自组装。 

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  图片:卫星自组装可最大限度地发挥运载火箭的有效载荷并降低发射成本(图片来源:NASA/SpaceSystemsLoral)。

  在发射到空间和最终商业化准备之前,这三个项目都将在地面上进行充分的验证,包括通过机器人操纵桁架以及远程制造结构桁架。

  美国宇航局空间机器人制造和装配(IRMA)计划由NASA美国航空航天局太空技术任务总局(STMD)的技术演示任务(TDM)项目部进行负责与管理。

  COSM的工作由NASA的兰利研究中心与OrbitalATK、NASA的格伦研究中心以及美国海军研究实验室提供合作与资助。


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