پرینتر سه بعدی بر روی ماه!

در سال ۲۰۱۷ اداره کل ملی هوانوردی و فضا (ناسا) اظهار کرد که پرینتر سه بعدی در فضا می تواند به طور معمول مانند روی زمین کار کند. به تازگی یک پرینتر سه بعدی با توانایی تولید خود با استفاده از مواد موجود در کره ماه در دانشگاه کانادا در حال توسعه است.

الکس الیری رهبر این پروژه و استاد گروه مهندسی مکانیک و هوافضا در دانشگاه کارلتون در اتاوا گفت: “یک روز خدمات پرینت سه بعدی می تواند برای انسان ها توانایی ساخت پایگاه ها در ماه و همچنین هدایت تولید ماهواره ها در فضا و محافظ های خورشیدی به منظور مبارزه با گرم شدن کره زمین را فراهم کند. من معتقدم که ماشینهای خود تکثیر کننده برای اکتشافات فضایی قابل تغییر هستند زیرا به طور موثر هزینه های راه اندازی را از بین می برد.”

مهندس ها بر این باورند که یک پرینتر سه بعدی را می توان به ماه فرستاد، جایی که بتواند هزاران نسخه دیگر از خودش را با استفاده از مواد موجود در ماه بسازد. هنگامی که پرینترهای سه بعدی به اندازه کافی موجود شود، کارخانه ها بر ساخت تمام تجهیزات و زیرساخت های دیگر مورد نیاز برای اکتشافات انسان تمرکز خواهند کرد.

الیری گفت که او و همکارانش در حال نزدیک شدن به توانایی پرینت سه بعدی موتور الکتریکی کاملا کارآمد از مواد مشابه مواد موجود در ماه هستند. به گفته الیری ، با وجود در دسترس بودن برخی از پرینترهای سه بعدی با توانایی پرینت سه بعدی برخی از قطعات خود، هیچ کدام از این پرینتر ها نمی توانند موتور و قطعات الکترونیکی را تولید کنند.

الیری با اشاره به دستگاه توسعه داده شده توسط دانشگاه بس در انگلیس به Space.com گفت: “نقطه شروع ما پرینتر های سه بعدی RepRap است که می تواند بسیاری از قطعات پلاستیکی خود را چاپ کند. به منظور تکثیر پرینتر سه بعدی به طور کامل، لازم است که میله های فلزی، موتورهای الکتریکی، قطعات الکترونیکی و نرم افزار، پرینت سه بعدی شده و مونتاژ شود.”

الیری و تیمش که این پروژه را سال گذشته تحت عنوان مقاله ای در مجله Spacecraft and Rockets منتشر کرده اند، از مخلوطی از مواد پلاستیکی و آهن برای چاپ بخش های موتور، استاتور و روتور استفاده می کنند.

الیری گفت: “ما باید دورهای مغناطیسی روتور را به حداکثر برسانیم که این عمل نیاز به آهن بیشتری دارد، اما باید جریان استوانه ای را در استاتور به حداقل برسانیم که نیاز به آهن کمتری دارد. بنابراین ما مقدار آهن در ماتریس پلاستیکی را تغییر داده ایم.”

الیری گفت که عناصر مورد نیاز برای ایجاد مخلوط مشابه می تواند از رگولیت موجود در ماه استخراج شود. پرینتر سه بعدی مجهز به یک بازوی رباتیکی  می تواند رگولیت را بیرون آورده و آن را تا رسیدن به دمای حدود ۱۶۵۰ درجه فارنهایت (۹۰۰ درجه سانتیگراد) با استفاده از یک لنز برای متمرکز کردن نور خورشید به یک پرتو، حرارت دهد. این فرایند ابتدا گازهای فرار موجود را از خاک ماه حذف می کند. به گفته الیری، بعد از آن، یک جزء به نام ایلمنیت جدا شده و برای استخراج آهن استفاده می شود.

الیری توضیح داد: “اگرچه ما از پلی لاکتیک اسید برای پرینت سه بعدی اجزا استفاده می کنیم، من در نظر دارم آن را با پلاستیک سیلیکون جایگزین کنم. این پلاستیک می تواند از ترکیبات کربن فرار و آب موجود در ماه تولید شود.”

محققان به عنوان گام بعدی در راستای پرینت سه بعدی موتور، قصد دارند سیم پیچ های موتور را با سیم پیچ های آلومینیومی  چاپ شده بر روی یک بستر پلاستیکی پلی اتیلن اسید (دومین ماده شایع برای پرینت سه بعدی) جایگزین کنند. در ماه، آلومینیوم جایگزین فرنیکو (آهن نیکل-کبالت آلیاژ) خواهد بود و پلاستیک با بستر سرامیکی ساخته شده از خاک ذوب شده ماه جایگزین می شود.

الیری گفت: “میدان مغناطیسی توسط سیم پیچ های آلومینیومی چاپ شده بر روی بستر پلاستیکی تولید می شود. این میدان مغناطیسی بسیار ضعیف است، بنابراین ما در حال تلاش برای کشف راه هایی برای اضافه کردن لایه های بیشتری برای افزایش مقدار جریان عبوری از طریق آنها هستیم. اما در نهایت، آنچه که ما انجام خواهیم داد این است که آن را به موتور متصل کنیم، طوری که یک هسته کامل پرینت سه بعدی شده را ارائه دهیم.”

الیری معتقد است که او طی چند ماه موتور پرینت سه بعدی شده با عملکرد کامل را خواهد ساخت. او گفت که پیش نیاز دیگری برای تولید یک ماشین کاملاَ تکثیر کننده، قطعات الکترونیکی است که احتمالاَ زمان بیشتری برای حل نیاز دارد.

این موتور کوچک با استفاده از قطعات پرینت سه بعدی شده ساخته شده است. محققان دانشگاه کارلتون در حال تلاش برای ساخت موتور تماماَ پرینت سه بعدی شده هستند.

الیری گفت: “ما به دنبال لوله های خلاء گشتیم زیرا تلاش برای ایجاد قطعات الکترونیکی در حالت جامد در ماه واقعا غیر ممکن خواهد بود. اگر از لوله های خلاء استفاده کنید، تنها مواد مورد نیاز شما نیکل، تنگستن و شیشه است، که همه این ها را می توانید در ماه ایجاد کنید.”

الیری می گوید که دستگاه خود تکرار کننده از یک شبکه عصبی به جای یک سیستم محاسبه معمولی استفاده می کند زیرا کوچک تر است و پرینت سه بعدی آن آسانتر می باشد. تیم کارلتون یک شبکه عصبی آزمایشی را تولید کرده و از آن برای کنترل یک ماه پیمای کوچک استفاده کرده است.

الیلی گفت: “هنگامی که موتورها و کنترل کننده های الکترونیکی بتوانند پرینت سه بعدی شوند، هر نوع ربات از جمله پرینتر های سه بعدی و ماشین های فرز، دریل ها، ماشین های حفاری و … را می توانیم چاپ کنیم. اگر شما دستگاه خود تکثیر کننده رباتیکی داشته باشید، می توانید زیربنای تولیدی عظیمی را به صورت روباتیکی بر روی ماه رشد دهید.”

چنین دستگاهی می تواند محل های سکونت فضانوردان را قبل از رسیدن به یک مکان فضایی ایجاد کند. همچنین ماهواره های مجهز به پانل های خورشیدی می توانند نور خورشید را به انرژی تبدیل کرده و این انرژی را به زمین ارسال کنند. انسانها همچنین می توانند محافظ های فضایی را برای محافظت زمین در برابر تابش خورشید ایجاد کرده که می تواند با روند گرم شدن سیاره زمین مبارزه کند.