NextSpace TestRig: первый в мире 3D-принтер для печати в открытом космосе

Мэтью Динс (Matthew Deans) из Инженерной школы Джеймса Ватта загружает картридж с образцами 3D-печатного материала в NextSpace TestRig для тестирования. Источник: James Watt School of Engineering

В подвале Университета Глазго рождается технология, которая может спасти будущее орбитальных миссий от неконтролируемых обломков. В Инженерной школе Джеймса Ватта открыли первую в мире тестовую установку, созданную специально для проверки материалов, которые планируют 3D-печатать прямо в космосе. Имя ей — NextSpace TestRig.

NextSpace TestRig в Инженерной школе Джеймса Уатта Университета Глазго. Иллюстрация: James Watt School of Engineering

Эта разработка стала возможной благодаря доктору Жилю Байле (Dr Gilles Bailet) в партнерстве с The Manufacturing Technology Centre при поддержке UK Space Agency, которая выделила £253 000 на проект. Установка имитирует космические условия — вакуум и температуры от -150°C до +250°C — чтобы проверить, выдержат ли напечатанные материалы настоящие нагрузки за пределами Земли.

Доктор Жиль Байе (Dr Gilles Bailet), Мэтью Динс (Matthew Deans) и Чарли Паттерсон (Charlie Patterson) с испытательной установкой NextSpace TestRig. Иллюстрация: James Watt School of Engineering

В космосе 3D-печать — это не мода, а потребность. Выводить с Земли целые антенны, отражатели или элементы станций дорого и рискованно. Куда эффективнее создавать их на месте — непосредственно в орбите. Но есть нюанс: в космосе даже мелкая трещина может превратить часть конструкции в обломок, летящий со скоростью пули. И этот обломок может стать началом катастрофы.

NextSpace TestRig позволяет проверять полимеры, металлы и керамику на прочность в реалистичных условиях — с использованием до 20 килоньютонов силы и циклов охлаждения-нагрева. Уникальная система может тестировать несколько образцов за один цикл, что значительно ускоряет процесс по сравнению с традиционными лабораториями.

Чарли Паттерсон (Charlie Patterson) исследует образцы напечатанного на 3D-принтере материала, протестированного на NextSpace TestRig. Иллюстрация: James Watt School of Engineering

Это не первая разработка Байле в сфере космической 3D-печати — он уже запатентовал орбитальный 3D-принтер, который прошел испытания на борту самолета с нулевой гравитацией. Теперь же NextSpace TestRig открыт для ученых и коммерческих клиентов со всего мира. А еще — это будущая площадка для создания стандартов безопасности в космическом производстве.

Иэн Хьюз (Iain Hughes) из Космического агентства Великобритании подчеркивает, что этот проект — часть стратегии по развитию национальной космической инфраструктуры. И Глазго, который уже является одним из лидеров в изготовлении малых спутников, получит новый мощный инструмент для усиления позиций на международном уровне.

Показать пресс-релиз Скрыть пресс-релиз

Первый в своем роде испытательный комплекс может помочь космической промышленности уклониться от пули

Небольшой кусочек космоса, воссозданный в подвале в Глазго, может помочь гарантировать, что ключевая технология, обеспечивающая будущие космические полеты, не приведет к смертоносным «винтовочным пулям» космического мусора, кружащего вокруг Земли.

Исследователи из инженерной школы Джеймса Уатта Университета Глазго построили NextSpace Testrig — первую в мире специальную установку для тестирования структурной целостности материалов, которые будут напечатаны в космосе с помощью 3D-печати.

NextSpace Testrig был разработан д-ром Жилем Байле (Gilles Bailet) из университета в партнерстве с Центром производственных технологий при поддержке финансирования в размере 253 000 фунтов стерлингов от Космического агентства Великобритании (UKSA).

Установка, в которой используется специально сконструированная вакуумная камера, способная создавать температуру от -150°C до +250°C для создания на Земле условий, подобных космическим, предназначена для поддержки развивающейся области космического производства.

Целью космического производства является радикальное изменение способа отправки объектов и материалов на орбиту. Вместо того, чтобы доставлять в космос на ракетах готовые устройства, такие как солнечные отражатели, специально разработанные 3D-принтеры могут создавать более дешевые структуры непосредственно на орбите.

В ходе нескольких экспериментов на орбиту уже были отправлены прототипы 3D-принтеров, а астронавты на борту Международной космической станции напечатали металлические детали на 3D-принтере.

До сих пор ни одно исследовательское учреждение не было посвящено обеспечению того, чтобы полимеры, керамика и металлы, напечатанные на орбите, могли выдерживать экстремальные физические нагрузки, с которыми они будут сталкиваться в космосе.

Объекты в космосе подвергаются воздействию жесткого вакуума, который быстро циклически переходит от одной экстремальной температуры к другой — условия, которые могут нанести вред структуре 3D-печатных материалов, не имеющих строгой конструкции.

Такие дефекты, как крошечные пузырьки или плохо расплавленные участки, которые на Земле могут быть несущественными, в космосе ведут себя по-другому.

Эти недостатки могут привести к тому, что 3D-печатные объекты могут разбиться вдребезги, разбрасывая опасные фрагменты на орбиту, что будет способствовать растущей проблеме «космического мусора» — обломков от неработающих спутников, предыдущих космических миссий или столкновений между объектами, созданными человеком на орбите.

Доктор Байлет сказал: «3D-печать — очень перспективная технология, позволяющая нам создавать очень сложные конструкции непосредственно на орбите вместо того, чтобы доставлять их в космос на ракетах. Она может позволить нам создавать самые разнообразные устройства, от легких антенн связи и солнечных отражателей до структурных частей космических кораблей и даже жилых помещений для людей для полетов на Луну и за ее пределы».

«Однако потенциал также сопряжен со значительным риском, который будет увеличен, если усилия по запуску 3D-печати в космосе будут поспешными вместо того, чтобы быть должным образом протестированными. Объекты движутся на орбите очень быстро, и если кусок плохо сделанной конструкции оторвется, он в итоге будет кружить вокруг Земли со скоростью винтовочной пули. Если он столкнется с другим объектом, таким как спутник или космический корабль, это может привести к катастрофическим повреждениям, а также увеличить потенциал каскадных проблем, поскольку обломки от любых столкновений вызывают дальнейшее повреждение других объектов.

«NextSpace TestRig открыт для академических коллег, исследователей и коммерческих клиентов со всего мира, чтобы помочь им убедиться в том, что любые материалы, которые они планируют 3D-печать в космосе, будут работать безопасно. Мы также ожидаем, что данные, которые мы будем собирать в ближайшие годы, которые на данный момент не могут быть воспроизведены нигде в мире, помогут регулирующим органам в разработке стандартов безопасности для производства в космосе, основанных на реальных испытаниях».

Испытательная установка оснащена уникальной журнальной системой, которая может автономно тестировать несколько образцов за один цикл, что делает ее значительно более эффективной по сравнению с традиционными методами тестирования. Система может прилагать усилие до 20 килоньютонов (эквивалентное 2000 килограммам), чтобы разбить образцы и проанализировать их свойства в условиях вакуума, соответствующих космическим. Она может также подвергать образцы циклам экстремальных температур, имитирующих те, с которыми они сталкиваются на орбите.

Установка является последней разработкой в исследованиях доктора Байлета в области аддитивного производства в космосе. Он также запатентовал прототип 3D-принтера, который предназначен для использования на орбите и был протестирован во время серии полетов на исследовательском аэроплане, известном как «рвотная комета».

Он добавил: «Мы ожидаем, что NextSpace TestRig будет реально полезен для космической промышленности Великобритании в ближайшие годы. Глазго уже является центром передового опыта в области космических технологий — компании здесь производят больше всего спутников в мире за пределами западного побережья США. Наш объект поможет расширить возможности будущих космических аппаратов, собираемых на орбите, обеспечив тем самым повышение конкурентоспособности космического сектора Великобритании на международном уровне».

Разработка NextSpace TestRig была поддержана финансированием Программы по развитию технологий космического агентства Великобритании.

Иэн Хьюз, руководитель Национальной программы космических инноваций Космического агентства Великобритании, сказал: «Мы гордимся тем, что оказали поддержку Университету Глазго в разработке первой в мире установки для тестирования 3D-печатных материалов в условиях, подобных космическим. Эта инновация будет способствовать продвижению Великобритании в области космического производства, открывая многочисленные преимущества и удовлетворяя амбиции правительства по росту, обеспечивая при этом безопасное и устойчивое использование космоса».