この若いチームは、標高 8,000 メートルで 3D プリントを行うことで世界初の成果を生み出しました。

出典：共産主義青年団ニュース放送

中国科学院宇宙製造技術重点研究室には、平均年齢33歳の若い科学研究チームが所属しています。彼らは中国の製造業を宇宙に向けさせており、国際的な宇宙製造分野で独自の地位を確立している。
彼らは7年以上にわたって微小重力環境の探査に取り組んできた。
3Dプリントの秘密コード。彼らはMade in Chinaを宇宙に移したいと考えています。将来的には宇宙に工場を設立することを楽しみにしています。Made in Chinaに世界をリードさせましょう。彼らはここにいます。2020年5月、有人宇宙船試験船上で、セラミックソフトマター材料の精密宇宙製造技術検証が軌道上で実施されました。
2020年5月、中国の新世代有人宇宙船試験船「長征5号B」搭載ロケットで打ち上げられた宇宙船内で、光造形法3Dプリンターを用いてミクロンレベルの精度でセラミックと金属の複合材料を軌道上で製造する特別実験が行われた。

こうした実験が国際的に宇宙で行われるのは初めてだ。

実験が2、3時間続いた間、中国科学院宇宙応用工学技術センターの研究員であり、宇宙製造技術重点実験室の所長である王功氏と彼の同僚たちは非常に興奮していた。

2014年以来、中国の宇宙製造実験は地上から宇宙へと移行しました。これは宇宙距離における大きな一歩であるだけでなく、我が国の宇宙製造分野の発展における重要な一歩でもあります。

△平均年齢33歳の若い科学研究チームです。宇宙ものづくりとは？なぜ宇宙で製造するのか?王公氏の見解では、長期宇宙探査ミッションの成功には、物流供給資源が重要な保証となる。現在、宇宙ステーションへの物資供給は主にロケットや貨物宇宙船の打ち上げによって行われており、時間がかかるだけでなくコストもかかる。

「必要な部品を宇宙で直接製造できれば、人類の宇宙探査技術に革命的な発展をもたらすだろう」と王宮氏は述べた。宇宙製造技術は将来の宇宙探査ミッションに革命的な影響を与える戦略的技術であり、地球の資源供給への依存から脱却し、宇宙のより深いところまで探査するために人類が習得しなければならない重要な技術の一つだ。

宇宙製造は、宇宙ステーションの軌道上緊急メンテナンスサポートや大型宇宙ペイロードの軌道上展開において大きな実用的意義を持っていますが、地上環境と比較すると、長期間の微小重力、強い放射線、高真空、交互の高温と低温サイクルなどの宇宙環境は、宇宙製造技術に新たな課題ももたらします。宇宙製造機器は、高精度、低消費電力、小型化、インテリジェント化などの厳しい技術要件を満たす必要もあります。

2014年、我が国は宇宙製造研究を開始するために科学研究チームを設立しました。 2017年末、中国科学院宇宙製造技術重点研究室が正式に設立されました。これは平均年齢わずか33歳の若い科学研究チームです。

実は、国際的に宇宙製造技術の研究が始まったのは10年以上も前のこと。

2014年9月、NASAは世界で初めて国際宇宙ステーションにプリンターを送り込んだ。グローブボックス内に設置され、主にプラスチックを印刷するこのプリンターは、大型ではなく、その指標も先進的ではないが、広く注目を集めている。

「宇宙ステーションに自動化された生産ツールを導入するのは初めてだ」と王功氏は語った。

△2016年3月、フランスでチームは微小重力条件下で初の3Dプリント実験に成功した。
2015年、王功氏は微小重力環境での最初の3Dプリント実験の計画を開始しました。当時、我が国にはまだ宇宙ステーションが建設されていなかったため、中国科学院とドイツ航空宇宙局の協力関係の助けを借りて、研究チームは実験を欧州宇宙機関の無重力航空機に移しました。無重力航空機は地上で宇宙環境をシミュレートするための重要な試験プラットフォームです。

高度8,000メートルで、航空機がエンジンを停止し、放物線状に自由落下を開始すると、22秒間の微小重力環境が作り出されます。

王宮氏のチームは、22秒間の微小重力環境を31回繰り返して3Dプリント効果を継続的にテストし、「中国科学院」という5つの文字をプリントアウトした。

3Dプリンターシステム設計責任者の29歳の劉一菲氏は、無重力飛行の初日を自ら体験した。彼は、微小重力環境での最初の3Dプリント実験はチームに大きな利益をもたらし、サンプルを受け取ったとき全員が非常に喜んでいたと語った。

「実験は成功しました。実際、実験の目的は完璧な作品を印刷することではなく、微小重力環境が3Dプリントに与える影響を検証したかったのです」と王功氏は語った。

△研究チームは微小重力環境で「中国科学院」の5つの文字を印刷した。この実験を通じて、王功氏は熱溶解積層技術の2つの欠陥を発見した。製品の性能には限界があり、製造精度は軌道上で直接組み立てて使用するにはまだまだ遠い。

このため、中国科学院宇宙製造研究所は、初の微小重力シミュレーション実験を完了した後、宇宙製造にステレオリソグラフィーを使用する方向に転換しました。

「原理は非常に単純です。紫外線を使って感光性樹脂の光重合反応を誘発し、硬化させます。女の子がマニキュアを塗って紫外線ランプの下で硬化させるのと少し似ています。」王宮氏は、これはNASAによって研究され、却下されたプロセスであると述べた。

「その理由は、このプロセスの原料が液体であり、微小重力環境では液体スラリーが表面張力の影響を受け、容易に浮遊するため、安定した状態を制御することが難しく、印刷プロセスを完了できないためです」と王功氏は述べた。

△フランスでは、微小重力環境でのシミュレーション実験を行った後、チームが集合写真を撮影しました。液体が自由に流れないようにするにはどうすればよいでしょうか。

研究と実験を経て、チームはセラミック粉末、樹脂溶液、光開始剤などの材料を組み合わせて、新しいセラミックペースト材料を開発することを選択しました。この材料は歯磨き粉に似ており、外力がなくてもその固有の形状を維持できます。このようにして、液体の形状を微小重力環境でも制御することができ、ステレオリソグラフィー成形プロセスが完了します。

しかし、この技術を開発するのにチームは2年を要しました。

「ナノスケール、サブミクロンの金属やセラミックの粉末を感光性樹脂溶液に加えることは、コップ一杯の水に小麦粉一袋を注ぐようなもので、ナノ粒子を均一に分散させておくのは非常に難しい」と王功氏は語った。

△2018年7月、スイスにて微小重力環境下でのセラミック材料の光造形製造技術の初試験を実施。
2018年に無重力航空機で再度実験を行ったところ、ステレオリソグラフィープロセスが機能することが証明され、チームは「不可能」を「可能」に変えました。これは、中国のチームが宇宙製造の分野で新しいアイデアを提案し、検証した初めてのケースでもありました。

2015年以来、チームはさまざまなプロセスと材料について地上での微小重力シミュレーション飛行試験を4回完了しました。セラミックスラリーのステレオリソグラフィー技術から金属材料の鋳造プロセス、ポリマーベースの複合材料のリサイクルと再利用まで、チームは探求に専念し、何度も技術的な困難を克服してきました。

△2019年10月、チームは陝西省西安市塩良にある中国飛行試験研究所で中国初の自律無重力飛行試験シミュレーションを実施した。
2019年10月、陝西省西安市塩良で、チームは中国飛行試験機構と協力して、わが国初の自律型微小重力模擬飛行試験を完了しました。この飛行は、中国の宇宙製造にとっても、将来の他の宇宙技術の検証にとっても、まったく新しい画期的な出来事でした。

現在、王宮氏は解決すべき技術的問題がまだ多くあると語る。「宇宙での製造は、宇宙での3Dプリントだけではありません。他にも多くの製造方法が試みられています。現時点では、それらはすべて非常に単純な探究です。重要なのは、アプリケーションのニーズに導かれることです。3Dプリントは宇宙での製造の究極のソリューションでしょうか？私の意見では、この技術には改善と洗練が必要な分野がまだたくさんあります。」

王宮氏は、宇宙製造業が小型部品製造、大型宇宙機器製造と軌道上組み立て、地球外環境総合施設製造の3段階に分かれているとすれば、人類の現在の技術はまだ第一段階に過ぎないが、アップリンクとダウンリンクの輸送手段の充実と技術の進歩により、宇宙に工場を建設するという願望はそう遠くないだろうと認めた。
△チームは陝西省西安市塩良にあります

この若いチームは、標高 8,000 メートルで 3D プリントを行うことで世界初の成果を生み出しました。

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