En astronautguide til produktion uden for jorden

At levere nye ting fra de ting, du har, er en del af en astronauts jobbeskrivelse – tænk, at Apollo 13's besætning genmonterer CO ₂ filtre for at redde deres eget liv, eller strandede Mark Watney i The Martian, spiser sig selv på den røde planet. Nu er der planer om at fremstille varer i kredsløb, og ESA-astronaut Alexander Gerst hævder, at dette kan gøre en stor forskel for at leve og arbejde i rummet.

Alexander - som har tilbragt lige under et år i kredsløb, at blive den anden europæer til at lede den internationale rumstation (ISS) – talte ved ESA's Workshop on Advanced Manufacturing, som omfattede en særlig session om produktion uden for jorden.

Mens plastproducerende 3D-printere allerede har nået rummet, den virtuelle begivenhed hørte, hvordan ESA vil flyve den første metal 3D-printer i 2022, og forskere planlægger også produktion i stor skala, såsom rumfartøjer, der udskriver deres egne antenner eller solpaneler efter opsendelsen. Tilbyder et unikt brugerperspektiv fra hans 363 dage i kredsløb, Alexander beskrev produktion uden for jorden som en game-changer for udforskning af rummet.

"Det er ufatteligt at tænke på, hvad ISS faktisk er, " begyndte Alexander. "Vi byggede det i rummet, flytter ved 28, 000 km/t, ud af moduler fremstillet på forskellige kontinenter og sat sammen i kredsløb for første gang. De af jer, der har bygget et hus, kunne du forestille dig at gøre det uden at være i stand til at gå til Home Depot, hvis du har glemt nogle skruer eller noget?"

Finder ud af en rettelse

Han beskrev ISS som en symbiose af mennesker og robotsystemer, med menneskelige evner, som robotter ikke har – især når noget går galt.

"For eksempel, vi arbejdede på mere end 600 forskellige videnskabelige eksperimenter under mine Blue Dot og Horizons missioner til ISS, men en jeg er særligt glad for er den elektromagnetiske levitator, en mikrogravitationsovn til metaller. Det føles lidt som min baby:det var meget arbejde at installere i det europæiske Columbus Laboratory, fordi en bolt, der sikrede den på plads til opsendelsen, sad fast under installationen, og truede hele eksperimentet.

"Efter en masse analyser besluttede vi at save bolten af, og jeg foreslog at dække savklingen med min barbergel – for at fange metalspåner, som ellers ville have svævet farligt rundt.

"Så var der dengang, en klemme blev suget dybt inde i en ventilationskanal, og jeg skulle bruge et par timer på at fiske den ud med en krog, jeg havde stukket på en fleksibel stang."

Et andet eksempel på improvisation var mere personligt:​​"Jeg lavede faktisk et lys, ud af skinnende Kapton-tape og en gammel lommelygte, til min crewmates fødselsdag. Jeg fortalte ikke jorden om det, men vi endte med at stille det op hele tiden til middag - som et tegn på, at arbejdsdagen var forbi, og det var tid til en mental pause. Til sidst fik vi et opkald fra sikkerhedsfolkene, som må have set det på et billede og sagde 'bliv ikke fornærmet, men er det muligt, du har et lys deroppe?" Det var en stor og humoristisk kompliment - de tænkte, at det kunne være et rigtigt lys!

"Det viser, hvor vigtige de små ting er i rummet:med produktion uden for jorden kan du endda forestille dig, på vej til Mars, et besætningsmedlems datter laver en børnehaveskulptur til deres fødselsdag, så printer besætningsmedlemmet det om bord og sætter det op i deres besætningsrum."

Ombord på ISS, manglende genstande kan i sidste ende blive sendt op på den næste forsyningsraket - hvilket ikke vil være tilfældet for interplanetariske ekspeditioner. Alexander sagde, at produktion uden for jorden vil blive virkelig vigtig under langvarige missioner væk fra vores hjemverden.

Alexander leverede en liste over potentielle use-cases, inklusive store omfangsrige genstande, mekaniske monteringer og adaptere, belægninger og specialværktøj, og til sidst mad og endda biologisk materiale til medicinske formål. Evnen til at genbruge alle disse dele til efterfølgende genoptryk ville også være et stort plus.

3D print, fra jord til rum

Typisk vil selve designarbejdet for produktion uden for jorden blive udført på jorden - men det er vigtigt, at dem på jorden har et nøjagtigt billede af forholdene i rummet. "De fleste jordhold har indtryk af, at konfigurationen i kredsløb er kendt meget præcist, men ofte er dette ikke tilfældet:optegnelser kan være forældede, og konfigurationer ændrer sig over tid."

Alexander gav eksemplet med sine russiske kolleger, der forsøgte at påføre plastikbelægninger for at forny de indvendige vægflader i servicemodulet, men at opdage, at nogle af de former, der var blevet fremstillet, ikke matchede virkeligheden efter to årtier i kredsløb, og skulle modificeres for at passe.

"Den egentlige nøgleaktiverer er faktisk en lukket feedback-loop, med et måle- og scanningssystem for at få præcise data om geometrier og konfigurationer før design af værktøjet til udskrivning, og også som kvalitetskontrolmetode bagefter."

Kun på meget autonome missioner, såsom rejser til Mars, ville besætningen selv stå for hele produktionscyklussen, uden jordhjælp - ellers i nødstilfælde.

Alexander konkluderede:"At forlade Jorden er den vigtigste lov, raketligningen, men for at leve i rummet er det vigtigste Murphys lov – du skal have den tankegang, at hvad der end kan gå galt, i sidste ende kan gå galt. Det må vi hellere være forberedt på og produktion i rummet vil hjælpe os med det. Det er en muliggørende game-changer til at lade os gå længere ud i rummet og reducere risikoen. Så jeg glæder mig over ESA's produktion uden for jorden for at hjælpe Europa med at sikre en førende position på dette lovende område."

ESA's Advanced Manufacturing-initiativ

"Denne workshop fandt sted som en del af ESA's Advanced Manufacturing-initiativ, at vise state of the art inden for fremstillingsteknologier og nå ud til samfundet som en mulighed for at diskutere en fremtidig vision og strategi, " bemærker Thomas Rohr, overskriften ESA's afsnit om materialer og processer.

"Vores mere end 40 teknologiudviklingsaktiviteter, der er startet indtil videre, åbner nye muligheder med hensyn til designfrihed, strømlinede produktionsstadier og reducerede omkostninger eller gennemløbstid, sammen med forbedret produktydelse – og udvidelse af fremstillingsprocessen til rummet uden for Jorden er et afgørende element i vores samlede indsats med stort potentiale for fremtidige missionsscenarier og kommercielle business cases."