3Dプリントと宇宙製造が出会うとき

最近、Made In Space は宇宙でのハイブリッド 3D プリントのための新しいシステムを開発する新たな契約を NASA から獲得しました。 2014年には、世界初の宇宙用3Dプリンターが国際宇宙ステーションに設置され、一連の宇宙専用部品が印刷され、人類の「宇宙製造」の新時代が到来しました。
米国の国際宇宙ステーション（出典：中国新聞社）
ゴロゴロ宇宙部品工場<br /> 電子メールで設計図を受け取り、印刷ボタンを選択すると、宇宙飛行士の監視の下でスペースレンチが誕生します。これはSF大作映画のワンシーンではなく、無重力環境で宇宙3Dプリンターによって完成される部品製造の「デビュー」です。

3D プリントは、従来のプリンターの概念と一致しており、モデルファイルをベースとして、粉末金属やプラスチックなどの接着可能な材料を使用して層ごとに印刷することでオブジェクトを構築するラピッドプロトタイピング技術です。工業デザイン、建設、医療業界などの分野で広く使用されています。人類の宇宙探査の過程において、地上からの機器や資材の供給は、宇宙ミッションの完了における「ボトルネック」であることが長い間認識されてきました。宇宙部品の「自給自足」を実現するために、3Dプリンターを宇宙に持ち込むというアイデアが生まれた。

ご存知のとおり、宇宙船のサイズは主に運搬船のサイズによって制限されます。宇宙 3D プリントを使用することで、宇宙部品製造工場を構築し、宇宙機器の宇宙製造を実現できます。現在、宇宙での仕事や生活に必要なアンテナや太陽電池パネルなどの部品や必需品を直接印刷する宇宙製造システムの設計が始まっています。 NASA のジェット推進研究所は、新しい技術を使用してさまざまな金属原材料を互換性のあるものにし、宇宙アプリケーション環境に適した部品を製造できる標準的な宇宙 3D 印刷プロセスを開発しています。

将来、NASA の目標は、宇宙空間で直接衛星全体を 3D プリントし、「宇宙部品工場」で製造および組み立てた後、直接軌道に乗せることです。さらに、NASAはアメリカの製造企業と提携して3Dプリントによる火星居住地の競争を開始しており、欧州宇宙機関も将来的に月面基地を建設するために3Dプリント技術の利用を検討し始めている。宇宙 3D プリンティングは、人類の宇宙探査の供給とサポート方法に大きな変化をもたらし、宇宙飛行のためのより幅広いプラットフォームも提供します。
魅惑の万能メーカー。かつて人類の英知を結集したハッブル宇宙望遠鏡が宇宙に打ち上げられた後、鏡の製造における小さなミスにより、ハッブル望遠鏡は「遠視の目」から「近視の目」へと変貌しました。当時の航空宇宙技術の限界により、人々が考えついた唯一の解決策は、ハッブル望遠鏡用の「近視鏡」を設置するために別のスペースシャトルを打ち上げることだった。修理プロセス全体には、地上での製造、空対地輸送、宇宙での組み立てが必要です。少しでも不注意があると、これまでの作業が失敗する可能性があります。

ハッブル宇宙望遠鏡（出典：China.com）現在、宇宙3Dプリント技術により、奇妙な形や機能を持つ部品を宇宙空間で直接印刷することができます。宇宙 3D プリントの重要性はこれにとどまりません。現代人は「軽量な旅行」に注目しており、宇宙飛行も例外ではありません。 3Dプリンターを宇宙に持ち込めば、数万点ものさまざまな部品を運ぶ手間が省け、3Dプリントの消耗品も数キログラムで十分になります。同時に、宇宙 3D プリントは、打ち上げプロセス中の宇宙船の構造強度に対する厳しい要件も排除できます。宇宙でプリントされた部品は、宇宙に打ち上げられる部品よりもスリムになるため、より大きな経済的利益が得られます。
現在、3Dプリント技術は航空宇宙分野で強力な応用価値と発展の可能性を示しており、航空宇宙製品の生産サイクルを短縮し、コストを削減するだけでなく、製品の性能をさらに向上させます。新しい生産方法として、宇宙 3D プリントで製造された製品は、従来の製造プロセスでは完了するのが難しいいくつかのタスクを実行できます。 3D プリントは、部品の片面は高温に耐える必要があり、もう片面は高い強度が求められるなど、難しい要件がある場合に特に役立ちます。
宇宙 3D プリントのさらに素晴らしい点は、宇宙の廃棄物を魔法のようなものに変えることができることです。宇宙で製造された製品は、損傷しても、溶かして原材料にするだけで再利用できます。将来的には、宇宙 3D プリンティングは、地球軌道上の廃棄衛星を利用したり、一部の惑星の現地の材料を宇宙製造に直接使用したりすることもできるようになり、宇宙製造業にふさわしいものとなるでしょう。
宇宙3D プリント技術は、時間、労力、費用を節約するだけでなく、宇宙飛行の地上への依存を大幅に軽減します。 6 か月ごとに宇宙補給を行うのに比べ、3D プリントではわずか数時間で交換部品を製造できます。将来、宇宙3Dプリンターにより、無重力環境で必要な実験・メンテナンスツールや部品を製造できるようになり、宇宙ステーションの実験の柔軟性とメンテナンスの適時性が大幅に向上します。同時に、宇宙ステーションのさまざまな部品やスペアパーツの種類と数量が効果的に削減され、宇宙ステーションの地上システムへの依存度が低減され、人類の惑星探査に新たな推進力と希望がもたらされます。
将来的には、宇宙 3D プリント技術は軌道上で航空宇宙部品を製造するために使用されるだけでなく、ロボットシステムと有機的に組み合わせられるようになります。米国で開発されたインテリジェントなクモ型ロボット「SpiderFab」は、3D技術を使用して宇宙船の部品や衛星までも宇宙で直接印刷して組み立て、宇宙で数キロメートルに及ぶ金属フレームを製造することができる。米国国防総省の国防高等研究計画局が実施している「フェニックス」研究プロジェクトは、古い衛星の部品を解体し、新しい宇宙機器に再組み立てすることで、さまざまな宇宙ゴミを除去することを目的としています。宇宙 3D プリントは、この目的に重要な技術的ソリューションを提供します。
実際、宇宙 3D プリントでは、さまざまな部品を印刷できるだけでなく、おいしい食べ物も印刷できます。宇宙 3D プリンターを使用すると、さまざまな食用原材料を印刷して、宇宙飛行士のニーズを満たすさまざまな栄養パッケージを作成できます。現在、米軍は宇宙飛行士の体調に合わせた「カスタマイズ栄養」サービスを提供すると発表しており、このアイデアを3Dプリント技術で実現するとのこと。将来的には、宇宙で懸命に働く宇宙飛行士はウェアラブルデバイスを使用して生理状態や栄養状態を監視し、カスタマイズされた宇宙食を準備できるようになるでしょう。
出典：ポピュラーサイエンス中国軍事技術最前線

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