Wie ich bereits in mehreren Episoden erwähnt habe, befindet sich die Menschheit in einer Übergangsphase, einer Zeit, in der es sinnvoll ist, Material aus der Erdanziehungskraft weit in die Umlaufbahn und darüber hinaus zu befördern. Aber es ist wirklich teuer und kostet bis zu 10.000 US-Dollar pro Pfund, das Sie in der Umlaufbahn haben möchten, und 10 Mal, wenn Sie es auf dem Mond haben möchten.
Aber in den kommenden Jahrzehnten wird immer mehr unserer weltraumgestützten Infrastruktur gebautim Weltraum, hergestellt aus Materialien, die abgebaut wurdenim Weltraum.
Das einzige, was wir, die Menschen, die Touristen, die all diese Weltrauminfrastruktur besuchen möchten, tatsächlich brauchen, um die anhaftende Schwerkraft der Erde zu verlassen.
Um diese Weltraumzukunft zu verwirklichen, müssen Ingenieure und Missionsplaner natürlich die Technologie entwickeln und konstruieren, die dies ermöglicht.
Das bedeutet, neue Prototypen, Technologien und Methoden für den Bergbau und die weltraumgestützte Fertigung zu testen.
Dies ist ein Beispiel für die Art von Telekommunikationssatelliten, die regelmäßig ins All gestartet werden. Die Größe und Form seiner Sonnenkollektoren hängt von der Realität ab, dass die Schwerkraft der Erde ... scheiße ist. Jedes gebaute Raumfahrzeug muss während der gesamten Testphase der vollen Schwerkraft hier auf der Erde standhalten können.
Dann muss es in der Lage sein, die brutale Beschleunigung, das Schütteln und andere Kräfte des Abschusses zu bewältigen. Sobald es die Umlaufbahn erreicht hat, muss es seine Sonnenkollektoren in eine Konfiguration entfalten, die Strom für das Raumfahrzeug erzeugen kann.
Das James Webb Space Telescope wird am 20. Juni 2017 in der historischen Kammer A des Johnson Space Center platziert. Bildnachweis: NASA/JSC
Wie immer muss ich nur die Worte James Webb Space Telescope sagen, um Sie in einen Zustand der Panik und Angst zu versetzen, und stellen Sie sich die Komplexität und Origami-Präzision vor, die mehr als eine Million Kilometer von der Erde entfernt an einem Ort passieren müssen, der es kann nicht gewartet werden.
Künstlerisches Konzept des Transiting Exoplanet Survey Satellite und seiner 4 Teleskope. Bildnachweis: NASA/MIT
Werfen Sie nun einen Blick auf die Illustration dieses Künstlers eines Satelliten, dessen Sonnenkollektoren vollständig im Orbit gebaut wurden und nie die Härte der Erdgravitation erfahren. Sie sind komisch, unglaublich groß. Und wie sich herausstellt, effizient und kostengünstig.
Stellen Sie sich die Internationale Raumstation ISS mit dreimal längeren Sonnenkollektoren vor, die jedoch in der Mikrogravitationsumgebung der erdnahen Umlaufbahn immer noch perfekt stark und stabil sind.
Dies ist die Technologie, die Archinaut One von Made in Space bereits 2022 testen wird, und bringt uns damit einen Schritt näher an die weltraumgestützte Fertigung, über die ich immer weitermache.
In Juli 2019, kündigte die NASA an die 73,7 Millionen US-Dollar an Made In Space, ein 3D-Fertigungsunternehmen mit Sitz in Mountain View, Kalifornien, vergeben hatte.
Illustration von Archinaut One mit seinen eingesetzten Panels. Credit: Made In Space
Dieser Vertrag wird dazu beitragen, den Bau und den Start der Raumsonde Archinaut One des Unternehmens zu finanzieren, die dann die Herstellung und Montage von Raumfahrzeugkomponenten im Weltraum demonstrieren wird.
Sie werden ein Raumschiff bauen, das sein eigenes Energiesystem zusammenbaut. Im Weltraum.
Wenn alles gut geht, wird Archinaut One bereits 2022 an Bord einer Rocket Lab Electron-Rakete aus Neuseeland ins All aufbrechen.
Die Electron-Rakete startet am Sonntagnachmittag um 14:42 Uhr neuseeländischer Zeit. Bildnachweis: Rocket Lab
Sobald es die Umlaufbahn erreicht hat, wird die Raumsonde zwei zehn Meter lange Solarfelder bauen, genug, um einen 200-kg-Satelliten nach Industriestandard mit Strom zu versorgen. Die Art von Satellit, die bei größeren Starts als sekundäre Nutzlast dient. Im Allgemeinen sind sie untermotorisiert, ihnen stehen nur wenige hundert Watt Leistung zur Verfügung.
Archinaut One wird die Stützträger in 3D drucken und dann die Sonnenkollektoren auf beiden Seiten des Raumfahrzeugs entfalten.
Durch die Herstellung des gesamten Arrays im Weltraum wird der kleinere Satellit die Leistungsfähigkeit eines viel größeren Raumfahrzeugs haben – die 5-fache Leistung – und mehr wissenschaftliche Instrumente, Kommunikationsinstrumente usw.
Dies ist hier in der Erdumlaufbahn sinnvoll, aber tiefer im Sonnensystem, wo die Menge an Sonnenenergie, die einem Raumfahrzeug zur Verfügung steht, abnimmt.
Die Vorstellung eines Künstlers von Juno im Orbit um Jupiter. Bildnachweis: NASA
Juno-Raumsonde der NASA derzeit Jupiter besucht, verfügt die 4-Tonnen-Raumsonde über drei 9-Meter-Solarfelder mit 18.698 Solarzellen. Hier auf der Erde können sie 14 Kilowatt Strom erzeugen. Aber draußen auf der Umlaufbahn des Jupiter bekommen die Solarzellen nur 1/25 des Sonnenlichts, um damit zu arbeiten.
Die NASA hat in mehrere Technologien investiert, die sie „ Kipppunkte “. Dies sind Technologien, die für Luft- und Raumfahrtunternehmen zu riskant oder zu kompliziert sind, um sie profitabel zu entwickeln. Aber wenn die NASA die Risiken reduzieren kann, könnten sie der kommerziellen Weltraumforschung zugute kommen.
Test der additiven Fertigung von Archinaut in einer simulierten Weltraumumgebung. Credit: Made In Space
Dies war der zweite Kontakt, den Made in Space für das Archinaut-Programm erhielt. Der erste Vertrag, bereits 2016 verliehen , war für einen bodengestützten Test von Archinaut.
Es wurde in Northrop Grummans Thermovakuum-Testumgebung eingesetzt, die die extremen Temperaturen und den niedrigen Druck des Beinahe-Vakuums des Weltraums nachahmen kann.
In der Kammer konnte Archinaut verschiedene Strukturen herstellen und zusammenbauen. Es zeigte, dass es vorgefertigte Komponenten wie Knoten und Traversen komplett autonom zusammenbauen und verschiedene Reparaturarbeiten durchführen kann.
Nachdem dieser Test abgeschlossen ist, wird die nächste Stufe die Erprobung der Technologie im Weltraum sein, mit dem Start von Archinaut One idealerweise bis 2022.
Neben dem Archinaut-Programm arbeitet die NASA seit mehreren Jahren mit Made in Space zusammen.
Die bekannteste dieser Partnerschaft ist die Additive Manufacturing Facility (oder AMF), die sich derzeit an Bord der Internationalen Raumstation befindet, die im März 2016 ankam und ein Upgrade des vorherigen Druckers der Station bietet.
In den letzten Jahren hat dieser Drucker Dutzende von Objekten in der Mikrogravitationsumgebung des Orbits aus Polyethylen hergestellt. Aber der AMF kann mit verschiedenen Materialien wie Metallen und Verbundwerkstoffen drucken.
Die Partnerschaft mit Made in Space ermöglicht es der NASA, Ersatzteile herzustellen und kaputte Teile der Station im Orbit zu reparieren. Aber es ermöglicht Made in Space auch, ihre ehrgeizigeren Pläne für eine vollständige weltraumgestützte Fertigung zu testen.
NASA-Logo aus Aluminium durch das Vulcan-System. Credit: Made In Space
Im Jahr 2018 verlieh ihnen die NASA einen Phase 2 Small Business Innovation Research Award für ihre Vulkanisches Fertigungssystem . Dies ist ein weltraumbasiertes Fertigungssystem, das mit 30 verschiedenen Ausgangsmaterialien wie Aluminium, Titan oder Kunststoffverbundstoffen arbeiten kann, um 3D-Artikel zu drucken.
Vulkan wird auch in der Lage sein, Material zu subtrahieren , Bearbeitung von Teilen bis zu ihrer endgültigen Form. Und das alles wird robotergesteuert. Das Ziel ist es, hochfeste, hochpräzise Polymer- und Metallkomponenten im Orbit zu bauen, die die gleiche Qualität haben wie das Zeug, das Sie hier auf der Erde kaufen können.
3D-Rendering des Vulkansystems. Credit: Made In Space
Made in Space testet auch die Technologie zur Herstellung von Glasfasern im Weltraum. Diese Fasern übertragen eine enorme Datenmenge, aber das Signal muss über längere Übertragungsstrecken verstärkt werden. Es gibt eine spezielle Art von Kristall namens ZBLAN, die ein Zehntel oder sogar ein Hundertstel des Signalverlusts herkömmlicher Fasern aufweisen kann, aber in der Erdgravitation schwer herzustellen ist.
JAXA-Astronaut Norishige Kanai mit ZBLAN-Maschine. Bildnachweis: NASA
Ein kürzlich an die Internationale Raumstation geliefertes Experiment wird diese herstellen ZBLAN-Fasern im Weltraum , hoffentlich bis zu 50 km auf einmal produzieren. Da die Startkosten gesenkt werden, kann es sogar wirtschaftlich sinnvoll sein, Glasfaserkabel im Weltraum herzustellen und dann wieder zur Erde zu bringen.
Aber es ist auch sehr sinnvoll, sie im Weltraum zu halten, um anspruchsvollere Satelliten-Hardware herzustellen, die die Erdgravitation nie kennengelernt hat.
Made in Space ist auch an der Technik arbeiten die Polyethylen wieder in neue 3D-gedruckte Artikel recyceln wird. Wenn es so teuer ist, Fracht in den Orbit zu fliegen, können Sie das, was Sie bereits in den Weltraum geschickt haben, recyceln und es davor bewahren, über Bord geworfen zu werden und im Orbit zu verbrennen.
Dies sind alles nur Teile einer viel größeren Technologiestrategie, auf die Made in Space hinarbeitet – das Ziel eines vollständigen weltraumbasierten Fertigungs- und Montagesystems.
In Zukunft werden hier auf der Erde Satelliten, Teleskope und andere weltraumgestützte Hardware entwickelt. Dann werden die Rohstoffe mit einem Archinaut-Fertigungssystem ins All befördert.
Archinaut wird alle Einzelteile mit seinem 3D-Drucker herstellen und dann im Weltraum zusammenbauen.
Made in Space hat zwei Varianten von Archinaut, die sie gerade anbieten. Das DILO-System sieht aus wie ein achteckiger Kanister, umgeben von Sonnenkollektoren, aus dem ein Roboterarm herausragt.
Im Inneren des Kanisters befinden sich alle Rohstoffe für eine weltraumgestützte Kommunikationsantenne. Der Arm nimmt gefaltete Reflektorplatten auf und montiert sie dann. Es verwendet 3D-Druck, um die Paneele zu befestigen, und dann werden sie zu einer Kommunikationsschale entfaltet.
Das Raumschiff verwendet dann einen 3D-Drucker, um einen Kommunikationsboom aus seinem Zentrum herzustellen und zu extrudieren.
Die fortgeschrittenere Version heißt ULISSES. Es ist eine Version von Archinaut mit drei Roboterarmen, die einen 3D-Drucker umgeben. Die Raumsonde stellt verschiedene Traversen und Knoten her und baut sie dann mit ihren Armen zu immer größeren Strukturen zusammen. Mit dieser Technologie sind sie wirklich nur durch die Menge an Rohstoffen begrenzt, mit denen die Raumsonde arbeiten muss.
Es könnte Weltraumteleskope mit einem Durchmesser von Dutzenden oder sogar Hunderten von Metern bauen.
Die Teile kommen für eine echte weltraumbasierte Fertigung und Montage zusammen. Bereits 2022 werden wir sehen, wie eine Raumsonde ihre eigenen Sonnenkollektoren im Weltraum zusammenbaut und eine Struktur schafft, die niemals die Erdgravitation erfahren muss.
Und in den kommenden Jahren werden wir immer größere Raumschiffe sehen, die fast ausschließlich im Orbit gebaut werden. Und irgendwann, so hoffe ich, werden sie aus Material bestehen, das aus dem Sonnensystem geerntet wurde.
Eines Tages werden wir den Start der letzten Frachtrakete erleben. Das letzte Mal haben wir uns die Mühe gemacht, etwas aus der massiven Schwerkraft der Erde gut in den Weltraum zu tragen. Von da an sind es nur noch Touristen.