格拉斯哥大學(xué)建成英國(guó)首個(gè)太空3D打印材料結(jié)構(gòu)完整性測(cè)試設(shè)施NextSpace TestRig

2025年5月20日，南極熊獲悉，格拉斯哥大學(xué)詹姆斯·瓦特工程學(xué)院由Gilles Bailet博士領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，與制造技術(shù)中心（MTC）合作，共同建成了英國(guó)首個(gè)專(zhuān)用于測(cè)試太空3D打印材料結(jié)構(gòu)完整性的設(shè)施，命名為“NextSpace TestRig”。該項(xiàng)目獲得了英國(guó)航天局的資金支持，有望幫助航天工業(yè)規(guī)避空間碎片這一重大潛在威脅。



太空制造業(yè)正改變我們將材料和物體送入軌道的方式。航天器裝載的物品越多，其自身重量就越大，送入軌道的難度和成本也隨之增加。因此，過(guò)去十年間，工業(yè)界在研發(fā)太空3D打印機(jī)方面投入了大量精力，例如Photocentric公司的CosmicMaker和加州大學(xué)伯克利分校的SpaceCAL。然而，盡管利用這些特制3D打印機(jī)在軌道上直接構(gòu)建太陽(yáng)能反射器等結(jié)構(gòu)和設(shè)備能夠降低成本，但仍然存在問(wèn)題。



任何在太空中的物體都必須能夠承受在極端溫度間反復(fù)變化的硬真空環(huán)境，如果3D打印材料制造不當(dāng)，其結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生各種問(wèn)題。3D打印部件中的缺陷或瑕疵，如熔化不良的區(qū)域或微小氣泡，在地球上可能并非嚴(yán)重問(wèn)題，但在太空中卻可能造成災(zāi)難性后果。3D打印物體可能會(huì)碎裂，產(chǎn)生的碎片將高速進(jìn)入軌道，加入到宇宙中的太空垃圾行列。這正是NextSpace TestRig發(fā)揮作用的領(lǐng)域。格拉斯哥的這個(gè)地下設(shè)施，實(shí)質(zhì)上是再造了一小片外太空環(huán)境，目的是確保在軌道上3D打印的陶瓷、聚合物和金屬材料能夠承受外太空極端的物理應(yīng)力。



Gilles Bailet博士表示：“3D打印是一項(xiàng)極具前景的技術(shù)，它使我們能夠直接在軌道上構(gòu)建非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，而無(wú)需通過(guò)火箭將其運(yùn)送至太空。它可以幫助我們制造各種設(shè)備，從輕型通信天線到太陽(yáng)能反射器，再到航天器的結(jié)構(gòu)部件，甚至是用于月球及更遠(yuǎn)深空任務(wù)的人類(lèi)棲息地。然而，這種潛力也伴隨著巨大的風(fēng)險(xiǎn)。如果太空3D打印的零部件未經(jīng)充分測(cè)試便倉(cāng)促上馬，風(fēng)險(xiǎn)將被進(jìn)一步放大。物體在軌道上高速運(yùn)行，如果一個(gè)制造不良的結(jié)構(gòu)部件發(fā)生斷裂，它將以步槍子彈的速度環(huán)繞地球飛行。如果它撞擊到衛(wèi)星或航天器等其他物體，可能會(huì)造成災(zāi)難性的破壞，并且其碰撞產(chǎn)生的碎片會(huì)對(duì)其他物體造成進(jìn)一步損害，從而導(dǎo)致連鎖反應(yīng)。NextSpace TestRig向全球的學(xué)術(shù)同仁、研究人員和商業(yè)客戶開(kāi)放，幫助他們確保計(jì)劃在太空中3D打印的任何材料都能安全工作。我們也期望，未來(lái)幾年我們收集到的數(shù)據(jù)將有助于監(jiān)管機(jī)構(gòu)依據(jù)真實(shí)世界的測(cè)試結(jié)果，制定太空制造的安全標(biāo)準(zhǔn)�！�



為了在地球上創(chuàng)造類(lèi)似太空的條件，NextSpace TestRig使用了一個(gè)特殊的真空室，能夠產(chǎn)生-150°C至+250°C的溫度。該測(cè)試設(shè)施旨在支持日益發(fā)展的太空制造領(lǐng)域，是Bailet博士太空3D打印研究的最新進(jìn)展。他還為一種用于在軌使用的3D打印機(jī)原型申請(qǐng)了專(zhuān)利，該原型已在“vomit comet”研究飛機(jī)上進(jìn)行了多次飛行測(cè)試。

Bailet博士表示：“我們預(yù)計(jì)NextSpace TestRig將在未來(lái)幾年為英國(guó)航天工業(yè)帶來(lái)真正的助益。格拉斯哥已經(jīng)是太空技術(shù)的卓越中心——這里的公司制造的衛(wèi)星數(shù)量位居世界前列，僅次于美國(guó)西海岸。我們的設(shè)施將有助于增強(qiáng)未來(lái)在軌組裝航天器的能力，確保英國(guó)航天部門(mén)在國(guó)際上更具競(jìng)爭(zhēng)力。”



該測(cè)試設(shè)施配備了一個(gè)獨(dú)特的樣本倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)，能夠在一個(gè)測(cè)試周期內(nèi)自動(dòng)測(cè)試多個(gè)材料樣本。這個(gè)極其高效的系統(tǒng)能夠施加高達(dá)20千牛頓（約合2000公斤）的力來(lái)破壞樣本，然后在模擬太空大氣環(huán)境的真空條件下分析其特性。此外，樣本還要經(jīng)受極端溫度的循環(huán)測(cè)試，這也與它們?cè)谲壍郎蠈⒚媾R的環(huán)境相匹配。制造技術(shù)中心和格拉斯哥大學(xué)從英國(guó)航天局的“使能技術(shù)計(jì)劃”中獲得了25.3萬(wàn)英鎊的資金，以支持他們的這項(xiàng)工作。