NASA資助Contour Crafting的月球3D打印建造技術

2022年6月26日，南極熊獲悉，作為2022年小型企業(yè)創(chuàng)新研究(SBIR)和小型企業(yè)技術轉讓 (STTR) 計劃的一部分， NASA正在資助 20 多項與 3D 打印相關的提案。其中一個項目由南加州大學(USC) 的衍生公司Contour Crafting 提出，這是一家致力于開發(fā)顛覆性建筑技術初創(chuàng)公司。該公司希望通過NASA的STTR計劃，調整其新型材料運輸系統(tǒng)，以期在月球表面運輸風化層和巖石等建筑材料。

這個新系統(tǒng)被描述為Contour Crafting公司CrafTram技術的一個特殊版本，預計它可以自主地移動月球上的石料，所使用的能源只是傳統(tǒng)裝載機或卡車的一小部分，并且這些常規(guī)運輸機器只能空車回程。相反，CrafTram 將消除這種對往返運輸車輛的需要。到達現(xiàn)場后，該平臺可以以最小的磨損平穩(wěn)運行，不受沙地或巖石地形的影響，并且可以在不同的高度（包括陡峭的上坡或下坡道路）之間運輸材料。

對于 CrafTram，ContourCrafting 將與南加州大學維特比工程學院(VSOE) 展開合作，展示這種用于月球表面場地準備的自動化技術如何幫助 NASA 開展其風化層工作活動，包括建造發(fā)射和著陸區(qū)、硬化著陸墊、改善通行路徑和輻射屏蔽結構。

月球基地材料

盡管我們對3D 打印技術在月球和其他行星上實施的可能性了解不多，但專家們知道，地球外的建筑結構將與我們成長過程中的任何傳統(tǒng)建筑大不相同。幾年來，風化層被認為是月球和火星上打印結構的潛在主要建筑材料，主要是因為它的資源豐富性。已經有幾項提議要通過挖掘和獲取月球風化層材料以進行建設，因此創(chuàng)造運輸這種材料的技術似乎是在月球殖民競賽中的下一個基本步驟。

土方設備等傳統(tǒng)解決方案消耗大量能源，并且必須空載單向行駛。此外，它們的體積使得將機器運送到月球表面非常昂貴。這就是為什么 Contour Crafting 提出的特殊 CrafTram 具有多種可能性的原因。首先，它是一個超輕量級的概念，可折疊成一個小的空間信封，便于運輸?shù)皆虑虮砻�。一旦到了那里，它就可以自我轉變?yōu)樗�的部署形式，以便在行星建筑工地進行自主操作。

△Contour Crafting 的增材施工技術。Contour Crafting 使用的精密擠壓技術。圖片由 Contour Crafting 提供。

但是，著手開發(fā)用于殖民地球月球及其他地區(qū)的技術并非易事。ContourCrafting 將為這個新項目設計 CrafTram 系統(tǒng)，并創(chuàng)建一個 TRL（技術準備水平）4級功能的1/3比例原型。研究層面的擬議工作還包括分析和設計一個稱為護堤的示范結構，該結構保護著陸墊周圍的環(huán)境免受宇宙飛船起飛或著陸產生的爆炸飛濺物的影響。

根據提案，護堤的分析和設計將由南加州大學 VSOE 教授 Lucio Soibelman 的結構和材料研究實驗室(SMRL) 完成。在第一階段結束時，Contour Crafting 和 SMRL 都將展示 CrafTram 概念的縮小版本，運輸材料并用風化層模擬材料建造 ⅓ 規(guī)模的月球護堤結構。

這項合作努力的目標與 NASA 的Artemis 任務直接一致，該任務旨在在接下來的幾十年中建立第一個月球基地和月球商業(yè)圈。然而，在此應用之外，CrafTram技術可以作為通用材料運輸系統(tǒng)，用于其他登月任務，以及未來的火星任務。

△月球建造過程概念圖

建筑增材制造的歷史

Contour Crafting 由南加州大學 VSOE 教授 Behrokh Khoshnevis 創(chuàng)立，標志著二十多年前建筑 3D 打印的開始。借助Khoshnevis 開創(chuàng)性的建筑規(guī)模 3D 打印理念，這家初創(chuàng)公司以開發(fā)大規(guī)模 3D 打印技術而聞名，其中包括旗艦產品 CrafTrans，這是一種可變形且可快速部署的建筑 3D 打印機。

Khoshnevis 是NASA 創(chuàng)新先進概念(NIAC) 研究員，自 2004 年以來一直在該機構的支持下開發(fā)行星建造技術。他在這些研發(fā)工作中取得的成就為他贏得了 2014 年和 2016 年在NASA 贊助的國際比賽中的兩項大獎。其中一項認可是一項可以利用當?shù)匦行遣牧显谠虑蚝突鹦巧辖ㄔ旖Y構的技術，該技術使用一種系統(tǒng)設計用于自主建造著陸場和道路，以及制造聯(lián)鎖磚和其他物體，如金屬工具和備件.

事實上，Contour Crafting 獲得 NASA 資助的最新項目提案可能是利用了過去屢獲殊榮的技術和就地資源利用的大部分。如果成功，CrafTram 可以進入第二階段資金以開發(fā)規(guī)模原型以及其他后續(xù) SBIR/STTR 后第二階段的機會。

作為 NASA 2022 年 SBIR和 STTR 獲獎提案的一部分，ContourCrafting 并不是唯一一家提交月球建造技術的公司。其他選定的項目包括由Astroport和德克薩斯大學圣安東尼奧分校開發(fā)的用于建造月球發(fā)射和著陸臺的 BrickLayer 系統(tǒng)，以及 Cislune 提出的一套用于提取和處理用于建筑結構的風化層的技術。在接下來的十年中，我們預計其中一些技術將會成熟，以便它們可以在地球以外的條件下運行，尤其是在阿爾忒彌斯登月任務開始后。