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火星塵埃可用于3D打印火箭部件

2022-09-22

1公斤物體送上地球軌道就要花38萬元

如果人類有一天要去火星生活，那么在這個星球上生存所需的大部分食物和設備，我們需要去學習如何進行生產。這是因為，將材料送入太空的費用高得令人望而卻步。例如，NASA航天器僅僅是將1公斤的有效載荷送入地球軌道，就需要花費5.4萬美元（約合人民幣38萬元）。、

因此，任何可以在火星上制造的東西，都可以節省飛船載荷和金錢，更不用說如果有什么東西壞了，宇航員需要懂得現場修復。

華盛頓州立大學的研究人員如今發現，可以利用火星表面灰塵制作3D打印工具和火箭部件。研究人員聲稱，這一突破可能會使未來的太空旅行更便宜、更實用。

曾模擬月球巖石3D打印零件

華盛頓州立大學機械與材料工程學院的阿米特·班約帕迪亞教授說，“在太空，如果我們想執行載人任務，就必須進行3D打印，因為我們真的無法從這里（地球）攜帶所有東西。如果我們忘了什么，我們就不能回來取了。”

阿米特教授曾在2011年為NASA進行過類似的實驗，使用3D打印技術從模擬破碎的月球巖石或月球風化層中制造零件。自那時以來，各航天機構越來越多地致力于3D打印，國際空間站現在擁有自己的設備來制造他們現場和實驗所需的材料。

（使用5%到100%的火星風化層制造工具。）

模擬實驗制成了一種堅固、高性能的材料

阿米特教授與學生艾利·阿芙贊那和凱倫·特卡斯一起，使用基于粉末的3D打印機，將模擬的火星巖石粉塵（稱作風化層）與鈦合金混合，鈦因其強度和耐熱性能而經常用于太空探索。然后，用高功率激光將材料加熱至2000°C以上，使其熔化。他們將熔化的混合物倒在一個移動的平臺上，可以做成不同的尺寸和形狀。

材料冷卻后，研究人員對其強度和耐久性進行了測試。他們發現，少量模擬破碎的火星巖石與鈦合金混合，制成了一種堅固、高性能的材料，可用于制造登陸火星的工具和火箭部件。

他們使用5%到100%的火星表土——一種黑色粉末狀物質，旨在模擬火星表面的巖石無機材料，這種材料可以由機械手或漫游車收集。使用5%表土制成的零件表現出比單獨使用鈦合金更好的性能，這意味著它可以用來制造重量更輕、仍能承受重負荷的零件。阿米特說：“它給你一種更好、更高強度和硬度的材料，因此在某些應用中可以表現得更好?！?/span>

使用100%表土制成的零件很脆，容易開裂，但阿米特聲稱，這種材料仍然可以用作輻射屏蔽的涂層。

這項發表在《國際應用陶瓷技術雜志》上的研究，只是一個開始，未來的研究可能會使用不同的金屬或3D打印技術生產出更好的復合材料。

阿米特說，這表明這個研究是有可行性的，也許我們應該朝這個方向思考?！耙驗樗粌H制造能脆弱的塑料部件，而且能制造堅固的金屬陶瓷復合部件，可以用于任何類型的結構。”

（研究人員探索使用火星塵埃3D打印工具和火箭零件。）

NASA發布火星載人任務

美國國家航空航天局（NASA）計劃在20世紀30年代首次登上月球后，向火星發射載人任務?；鹦且殉蔀槿祟愄剿魈盏南乱粋€巨大飛躍。

但在人類到達這顆紅色星球之前，宇航員將采取一系列小步驟，重返月球，執行為期一年的任務。在月球軌道上執行任務的細節已經公布，作為2030年代火星任務時間表的一部分。

2017年5月，美國宇航局負責政策和計劃的副副局長格雷格·威廉姆斯概述了航天局的四階段計劃，希望有一天人類能夠訪問火星，以及預期的時間框架。

第一階段和第二階段將涉及多次月球空間旅行，以便建造一個棲息地，為旅行提供一個中轉區。交付的最后一件硬件將是實際的深空運載工具，該運載工具稍后將用于運載宇航員前往火星。2027年將進行為期一年的火星生命模擬。第三階段和第四階段將于2030年后開始，將包括對火星系統和火星表面的持續探險。

月球土壤可用來做火箭燃料

今年5月5日，南京大學、香港中文大學（深圳）、中國科學技術大學的研究團隊刊發于國際學術期刊《焦耳》的一篇文章稱，團隊在詳細分析嫦娥五號取回的月壤（以下簡稱嫦娥五號月壤）的元素和礦物結構后，發現月壤含有一些活性化合物。它們可以作為催化劑，借助太陽光，將水和二氧化碳轉化為氧氣、氫氣和甲烷、甲醇。

基于這個發現，團隊提出了一套利用月壤進行地外人工光合成的策略，希望為實現“零能耗”的月球生命保障系統奠定物質基礎，從而支持月球探測、研究和旅行。

“嫦娥五號月壤來自月球表面非常年輕的玄武巖，這種礦物中富含鐵、鈦等人工光合成中常用的催化劑成分。團隊采用機器學習等方法，對月壤結構進行了多次分析，發現這些月壤中約有24種晶體礦物，其中鈦鐵礦、氧化鈦、羥基磷灰石，以及多種鐵基化合物等8種晶體礦物，可以在人工光合成中發揮較好的催化性能?！闭撐牡墓餐谝蛔髡摺⒛暇┐髮W教授姚穎方告訴科技日報記者。

月壤實際的催化性能如何？研究團隊將月壤作為光伏電解水、光催化水分解、光催化二氧化碳還原、光熱催化二氧化碳加氫等反應的催化材料，發現其在光伏電解水和光熱催化二氧化碳加氫反應中，具有較高的性能和選擇性。

“在這些試驗中，我們施加了模擬太陽光，用水、二氧化碳做原料，將月壤與模擬的美國阿波羅計劃取回的月壤和地球表面的玄武巖進行對比，發現三者在光伏電解水反應中，嫦娥五號月壤產生氧氣和氫氣的效率最高。而在光熱催化二氧化碳加氫反應中，嫦娥五號月壤產生的甲烷、甲醇的效率也比其他材料要高?！币Ψf方欣喜地表示，氧氣可為人類提供生命支持，甲烷是火箭推進劑的有效成分，而甲醇是有機化學品原料。

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