ESA は「地球外製造」プロジェクトを支援します: 建築用 3D プリント技術を使用して新しい家を建てる

この投稿は warrior bear によって 2022-1-4 22:52 に最後に編集されました

出典: cnBeta.COM

NASAは月に戻り、月に恒久的な基地を建設する計画を発表した。長期間の宇宙ミッションでは、宇宙飛行士は生活し、働き、生存に不可欠な酸素と水を生産するためのインフラを必要とします。こうしたインフラをすべて地球上から撤去するには、非常に費用がかかる可能性があります。代わりに、研究者は現場でそれを作る方法を考え出す必要があるかもしれません。 ESA の Discovery & Preparation プログラムは、これをどのように実現できるかを探るための数多くの研究を支援しています。

他の天体ですでに利用可能な材料を使用してインフラストラクチャを構築し、アメニティを生産することを、現地資源利用 (ISRU) と呼びます。この分野における過去の研究では、探査現場で見つかった資源と地球から持ち込まれた材料を組み合わせて、基本的な ISRU 概念を調査および実証してきました。

ISRU は、薄い、あるいは存在しない大気、極端な温度、強い放射線、さらには微小隕石などの厳しい環境から宇宙飛行士を保護する居住施設を建設するために必要です。これにより、人類は地表での移動のための道路や、地球との往復移動のための発射・着陸プラットフォームを建設できるようになります。これは、電力生産用のエネルギーを生成および蓄積できるデバイスや、通信用のアンテナ塔の製造に使用できます。さらに、宇宙飛行士の生命を維持するために大量の水と酸素を生産し、宇宙を旅して最終的に地球に帰還するための推進剤を作ることもできます。

探索と準備

1999 年、ISRU 関連の最初の「調査と準備」研究の 1 つが推進システムと電力システムに焦点を当て、今世紀の高度な推進システムの必要性を評価しました。研究では、ISRU は火星ミッションのコストを削減しながら人間の能力を高めることができるが、ISRU 技術の研究開発を直ちに開始する必要があると結論付けました。

その後、研究はすべての ESA プログラムと連携して継続されました。 2000 年に完了した研究では、推進剤、生命維持用の化学物質、地上活動用の燃料を生産する ISRU 化学工場の設計など、将来の宇宙探査に必要な電力システムに重点が置かれました。

同時に行われていた他の研究では、火星探査にどのような構造や技術が必要になるかを検討するものも含め、長期的な宇宙探査をより広範囲に検討した。この研究では、火星の大気と土壌から、窒素、酸素、水素、水など、乗組員の生存に必要な推進剤や液体を生産する可能性を調査した。長期にわたる惑星間および惑星環境における人間の生存性と適応性に関する別の研究でも、ISRU は推進剤や生命維持消耗品の製造に特に役立つ可能性があることが判明しました。

それから13年が経ち、技術は火星の大気から二酸化炭素を収集して貯蔵し、それを推進システムに送るシステムなど、より具体的なISRUコンセプトを探求できるほど進歩しました。エアバスが実施したこの研究では、CO2から塵や水を取り除く方法と、CO2を液化して貯蔵する方法が提案されている。

過去数年間にわたり、Explore & Prepare プログラムは、インフラの構築に月の土壌を使用する研究や、より具体的なエネルギー生成および貯蔵方法の研究を支援してきました。最近の研究では、月の土壌を使用して熱を貯蔵し、宇宙飛行士、探査機、着陸船に電力を供給する方法が調査されました。

ある研究では、現地の材料の発掘と加工のテストや、3Dプリントなどのプロセスを使用して構造物を建設するためにこれらをどのように使用できるかなど、月面類似施設がISRU技術の開発をどのようにサポートできるかを調査しました。

別の研究では、月の土壌が建築材料として適していることを確認し、構造物を印刷するための適切なプロセスを選択し、印刷可能な生活環境を設計しました。そして最近行われた3番目の研究ではさらに一歩進んで、必要な構造物、機器、スペアパーツを月の土から3Dプリントする方法を研究し、どの印刷プロセスが最も効果的かを選択することまで行われました。

既存の3Dプリント技術の代替として、2019年の研究では、月の土壌を繊維に変換して頑丈な構造物を構築することが検討されました。研究者らは、このプロセスを利用して部分的に不浸透性の構造体を作成できる可能性があることを示すために、この材料のサンプルを作成した。

探査と準備に関する研究グループは最近、2025年までに月で水や酸素を生産することが可能であることを証明することを目的としたESAの月面IRSUデモンストレーションミッションを調査し、特定しました。研究では、水と酸素の両方を生産するための実際のシステムを調査し、「炭素熱反応器」を使用して土壌から酸素を抽出し、それを使用して水を生成する方式を提案しました。別の研究では、システムが着陸船を電源としてどのように利用するかが検討され、3番目の研究では地球とどのように通信するかが検討された。

ESA は他に何を行っていますか?

ESA は、月面 ISRU 実証ミッションを実行するために、ペイロードの配送、通信、運用サービスなどのミッション実行サービスを民間部門から調達する予定です。そうすることで、ESA は将来の月探査プログラムに広く応用できる可能性のある既存の商業的取り組みを活用し、さらに採用することになります。

ESAは現在、月面の潜在的資源を訪問して評価し、将来的に資源の抽出に使用できる可能性のある技術を準備するPROSPECTミッションにも取り組んでいる。 PROSPECTは月の南極付近の地表下を掘削し、極低温に閉じ込められている可能性のある水の氷やその他の化学物質を含むと予想されるサンプルを採取する予定だ。その後、ドリルはサンプルを化学研究室に送り、そこで加熱して化学物質を抽出する。このミッションはロシア主導のルナ27号ミッションの一環として行われ、将来の資源採掘に応用できる可能性のあるプロセスをテストすることになる。

2019年5月、ESAは、2040年までに現地の資源によって維持される月面での人類の存在を実現するという野心をサポートするために、宇宙資源戦略を発表しました。この戦略では、持続可能な宇宙探査を支援するために何を発見し開発する必要があるかを検討します。この戦略は2030年までの期間を対象としており、その時までには月面の測定を通じて月の資源の潜在性が決定され、主要な技術が開発・実証され、それらを国際的なミッションアーキテクチャに導入する計画が決定されるだろう。戦略の発表に続いて、ESA は宇宙資源の活用を現実のものにするために必要な次のステップを特定するためのワークショップを主催しました。

2020年、ESAは模擬月の塵を使って酸素を生産するプロトタイプ工場を建設した。月の土から酸素を取り除くと、さまざまな金属が残ります。そのため、研究のもう 1 つの方向性は、それらの金属からどの合金を生産できるか、また、それらを月でどのように使用できるかを調べることです。最終的な目標は、月面で持続的に稼働できる「パイロット工場」を設計し、2020年代半ばまでに最初の技術実証を実施することです。

他の宇宙機関はこの分野で何を行っているのでしょうか?

NASA の月探査機 (LRO) は、月の土壌の下のいくつかの場所に水の氷が存在することを示しました。探査機から打ち上げられた月面クレーター観測・探査衛星は探査機から放出され、月に衝突しました。その結果生じた高さ16kmの噴煙の観測により、月面の化学組成が明らかになりました。

米国のいくつかの機関も、月を訪問するキューブサットの軌道ミッションをいくつか開発している。 Lunar Flashlight、LunaH-MAP、Lunar IceCube は、水氷がどれだけあるか、そしてそれが正確にどこにあるのかを調べることを目指します。

NASA初の火星着陸船「バイキング」は火星の大気に関する重要なデータを持ち帰り、火星の大気が95.9%が二酸化炭素で構成されていることを明らかにした。この発見とその後のロボットミッションによって得られた情報に基づいて、NASA は火星の大気中の二酸化炭素を酸素に変換し、赤い惑星での人類のミッションに役立てる技術を開発しました。最近、NASA は火星探査車パーサヴィアランスに搭載する 7 つの機器の 1 つとして、火星酸素現地資源利用実験 (MOXIE) を選択しました。

揮発性物質は簡単に蒸発する物質であり、月の水の源となる可能性があります。 NASA は他の宇宙機関とともに、科学的知識を増やし、揮発性物質の潜在的資源としての実現可能性を判断し、月を火星 ISRU 技術の実証の場として利用するために、国際的に調整された月の極地揮発性物質探査を実施しています。

中国国家宇宙局による将来のミッションでは、月の極地揮発性物質を潜在的な資源としてターゲットにすることも期待されている。中国の国際月面研究ステーション構想は、当初は2020年代後半から2030年代前半に科学研究のためのロボット施設として設立される予定であり、月資源を活用するための早期の機会を提供する可能性がある。

ロシア宇宙庁（ロスコスモス）は、ESAと協力して、ESAのPROSPECTパッケージを搭載するルナ27号を含む3つの月探査ミッションに取り組んでいる。このミッションは、月の極地の測定を目標とし、そこに存在する可能性のある冷たい揮発性物質に焦点を当てる。

ESA の次は何でしょうか?

ESA は、オープンスペースイノベーションプラットフォーム (OSIP) を通じて、惑星の長期探査をサポートするインフラストラクチャとハードウェアの現地構築、製造、保守を可能にする技術に関するアイデアを募集しています。

提案されたアイデアは、居住地、移動インフラ（道路や着陸地点など）、サポートインフラ（通信やエネルギーの生産と貯蔵など）、ハードウェア（ツール、内部設備、機械など）の構築をサポートします。

これらのアイデアには、月の土壌を溶かして 3D プリントする新しい方法、月の土壌から太陽電池を作りエネルギー貯蔵を最適化する方法、土壌を必要とせずに有機廃棄物から植物を育てる方法の発見、月の土壌から作物に適した温室を建設する方法、宇宙ゴミからインフラを構築する方法などが含まれています。現在、多くのアイデアが研究、共同出資研究プロジェクト、または初期技術開発プロジェクトとして ESA によって実施されています。詳細については、このアイデア募集の結果セクションをご覧ください。

月や小惑星に関する研究者の知識と理解の進歩、国際研究機関や民間企業の宇宙技術への関与の増加、そして新しい技術の出現により、宇宙資源を使った探査は今や手の届くところにあります。

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