تلاش دانشمندان اروپایی برای ساخت و پرینت اشیا در فضا

با پیشرفت تکنولوژی، سفرهای فضایی نیز برای رفع مشکلات قدیمی به تکنولوژی‌های نوین نیاز خواهند داشت. پرینت سه بعدی از فناوری‌های خارق‌العاده‌ای است که تغییرات بزرگی در آینده سفرهای فضایی ایجاد خواهد کرد.

شرکت بزرگ هوافضای ایرباس در اروپا، فاز مطالعاتی خود را در زمینه مونتاژ آنتن و ماهواره‌ای در مدار زمین آغاز کرده‌است. براساس پیش‌بینی، رونمایی از دو بازوی رباتیک در اوایل سال ۲۰۲۵ انجام خواهد شد. همچنین در حال حاضر تیمی صنعتی بر تولید پرینتر سه بعدی برای استفاده در ایستگاه فضایی بین‌المللی کار می‌کند.

به نقل از کریستوف فیگوس، رئیس پروژه‌های پیشرفته و رباتیک، طی یک دوره ۲ ساله جزئیات تجهیزاتی که قرار است در کارخانه‌ مونتاژ شوند، مورد مطالعه و بررسی قرار خواهندگرفت. وی بیان کرد که این تجهیزات باید در پلتفرم Bartolomeo که خارج از ایستگاه فضایی بین‌المللی (ISS) قرار دارد، مستقر شود. فیگوس افزود که بازوهای رباتیک در حال حاضر در خلا تحت آزمایش قرار گرفته‌اند تا عملکرد آن‌ها در فضا پیش‌بینی شود. آنتن مورد نیاز برای مونتاژ نیز هم‌اکنون مشخص شده‌است. دو جسم مذکور باید با دقت بسیار بالا و با تلورانس ۰.۱ تا ۰.۵ میلی‌متر تولید شوند.

فیگوس در ادامه گفت در صورتی که کمیسیون اروپا، ایرباس و فاز مطالعاتی ساخت فضاپیما برای حضور در فضا – که بخشی از پروژه تحقیقاتی ۲۰۲۰ Horizon است – را تایید کند، از آن در سال ۲۰۲۲ – ۲۰۲۳ رونمایی خواهد‌شد. همچنین پیش‌بینی شده که پرواز آن بین سال‌های ۲۰۲۵ و ۲۰۲۶ انجام می‌شود.

بر اساس صحبت‌های فیگوس، از مزایای مهم و اصلی فعالیت کارخانه فضایی این است که تولید و مونتاژ قطعات با محدودیت‌های بسیار کمی روبرو می‌شوند. ارسال قطعات از زمین و استقرار آن‌هایی که بیش از ۵ متر ارتفاع دارند، با مکانیزمی پیچیده و بسیار گران‌قیمت روبرو است. با کمک این کارخانه‌های فضایی می‌توان به ایده‌های بزرگ پر و بال داد و حجم و فضای زیادی در اختیار داشت.

اولین پرینتر سه بعدی در فضا

پیش از آن‌که از حضور پرینتر سه بعدی در فضا صحبت کنیم، به پرسش پرینت سه بعدی چیست پاسخ خواهیم داد. در پرینت ۳ بعدی، قطعات با کمک فایل دیجیتالی آن‌ها تولید می‌شوند. بنابراین تولید یک شی فیزیکی به کمک طرح کامپیوتری آن و با قرارگیری لایه‌های متوالی مواد اولیه آن روی هم انجام می‌شود. از مزایا پرینت سه بعدی، تولید قطعات پیچیده و ساخت با نهایت دقت است.

موازی با تلاش‌های مذکور، یک تیم صنعتی تحت نظر ایرباس و طی قراردادی با آژانس فضایی اروپا (ESA) ساخت یک پرینتر سه بعدی فلزی را آغاز کرده‌است.  این دستگاه براساس پیش‌بینی نیمه دوم سال آینده در ISS راه‌اندازی خواهد شد. این پرینتر که Metal 3D  نام دارد، اولین دستگاه پرینت سه بعدی فلزی در جهان است که در مدارهای خارجی راه‌اندازی خواهدشد.

Rob Postema، از مهندسین EAS، در خصوص پروژه‌های شناسایی انسانی و رباتیک این مجموعه بیان داشت که این پرینتر با ابعاد ۹۰*۴۰*۷۵ سانتی‌متر ESA و صنعت را قادر می‌سازد که درک بهتری از کیفیت پرینت سه بعدی فلزات داشته و از نحوه عملکرد پرینتر در فضا مطلع شوند.

این پرینتر بیش از ۱۰۰ کیلوگرم وزن دارد و مبتنی بر اصول فناوری ساخت افزایشی است. ساخت افزایشی در این دستگاه با ذوب بخشی از سیم فلزی و تولید شکل دلخواه خروجی انجام می‌شود.

Postema همچنین عنوان کرد برای چاپ قطعات با قطر ۵ سانتی‌متر و طول ۱۰ سانتی‌متر پرینت سه بعدی استیل زنگ نزن انجام خواهد شد. در این حجم می‌توان اشکال مختلف را پرینت کرد. این مجموعه همچنین به‌گونه‌ای برنامه‌ریزی شده که بتواند حتی قطعات کوچک مورد نیاز کارکنان را چاپ کند.

قطعات چاپ شده برای قرارگیری تحت آزمایش مقاومت و خمش به زمین منتقل می‌شوند تا با قطعات ساخته شده به روش‌های سنتی مقایسه شوند. نحوه شکل‌گیری و مورفولوژی فولاد نیز با استفاده از میکروسکوپی با رزولوشن بالا بررسی می‌شود. تست‌ غیر مخرب و مخربی چون خمش برای بررسی خواص مختلف نمونه‌های فلزی کاربرد دارد.

تامین ابزار لازم برای ماموریت به مریخ

Postema بیان کرد که قدرت چاپگر برای پرینت قطعاتی غیر از جنس فولاد ضدزنگ، وابسته به قابلیت ذوب لیزر آن است. چاپ دیگر فلزات ممکن است منجر به آزادسازی گاز شود. با توجه به الزام سلامت فضانوردان باید این بخارات آزمایش و بی‌خطر بودن آن‌ها تایید شود. سپس می‌توان نوع فلز برای چاپ قطعات را انتخاب کرد. او تذکر داد که کارکنان باید از نگاه کردن مستقیم به لیزر دستگاه خودداری کنند؛ چرا که احتمال نابینا شدن را بالا می‌برد. حفظ جان نیروی انسانی، نیاز به دقت و ایمنی بالا دارد.

او یکی از اهداف اصلی این ماموریت را بررسی کارکرد پرینتر بدون مداخله فضانوردان به شکل خودکار برشمرد. Postema در نهایت تاکید کرد که فناوری چاپ سه بعدی در ماموریت‌هایی که خارج از سطح زمین انجام می‌شوند ارزش بسیار بالایی دارد. در صورتی که قطعات در ایستگاه فضایی با مشکل روبرو شوند، ارسال قطعات از زمین چند ماه زمان می‌برد. با وجود پرینتر می‌توان به جای انتظار برای انتقال قطعات از زمین، تعمیرات فوری را به‌سرعت انجام داد.

آینده سفرهای فضایی

با فناوری پرینت سه بعدی، آینده سفرهای فضایی دستخوش تغییرات بزرگ می‌شود. این پروژه عظیم و باورنکردنی عملکرد این سفرها را بهبود می‌بخشد. در صورت خرابی و بروز مشکل در قطعات دیگر نیازی نیست ماه‌ها در انتظار قطعه جدید بود. تاخیر در ارسال قطعات ماموریت‌ها را با مشکلات جدی روبرو می‌کند؛ با وجود تکنولوژی پرینت سه بعدی، به سرعت قطعات جایگزین ساخته خواهندشد.