佛羅里達國際大學：3D打印模擬月壤，測試月球建設的可行性

自 1972 年以來，美國宇航局渴望使用創(chuàng)新技術幫助月球'漫步者'能夠更好地探索月球表面多年來，NASA 一直在通過資助提倡以學生為主導的研究和技術開發(fā)項目來促進創(chuàng)新。2023年4月，南極熊獲悉，來自佛羅里達國際大學一名研究生 Brandon Aguiar 正在研究可能成為星際工程支柱的材料。


△Brandon Alexander Aguiar

在佛羅里達國際大學(FIU)，每年都有許多學生在 NASA 實習，宇航員在佛羅里達群島的一處基地接受訓練。早在 2019 年，該機構就向 FIU 的二維光電研究和教育中心(CRE2DO) 撥款 300 萬美元，用于研究創(chuàng)造能夠承受太空極端環(huán)境的材料。后來，F(xiàn)IU又收到了至少800萬美元的贈款，以增加 NASA 和國家科學基金會(NSF)尖端研究的多樣性和包容性。

在 FIU 的實驗室，研究者們正在對空間彈性基礎設施材料、通信設備和小型衛(wèi)星技術進行研究。2023年4月，F(xiàn)IU 透露其一名研究生 Brandon Aguiar 正在研究可能成為星際工程支柱的材料。

作為 FIU 等離子形成實驗室的研究生研究助理，Aguiar 說他花了很多深夜，做了無數(shù)實驗來推進 3D 打印技術，用月球風化層創(chuàng)造出耐用的結構，包括復雜的立方體、實心矩形、格子結構，以及帶有拱門和月球棲息地比例模型。


△3D 打印的月球風化層幾何形狀（a）復雜的立方體，（b）FIU 標志，（c）月球棲息地，（d）實心矩形。

為了幫助開發(fā)可持續(xù)的月球基礎設施，Aguiar 和許多其他研究人員一樣認為，就地資源利用(ISRU) 是人類未來和太空生存的關鍵。Aguiar 使用了 NASA 提供的一種名為Greenland Anorthosite的月球風化層模擬物，類似于美國太空探索早期從月球上收集的巖石。

●首先，將風化層材料與Tethon 3D的光固化熱固性聚合物樹脂混合，形成漿料。
●其次，使用Tethon 3D 的Bison 1000 DLP打印機進行 3D 打?。〝?shù)字光處理），形成錯綜復雜的幾何形狀。
●最后，將打印件進行脫脂。

2022年2月，Aguiar 和其他研究人員在《國際陶瓷》雜志上發(fā)表了他們的工作成果。論文“使用數(shù)字光處理通過增材制造對月球高地風化層進行原位資源利用”指出，打印并燒結了幾個尺寸精度高的樣品，沒有變形跡象。

如今，還沒有對3D打印Greenland Anorthosite月球風化層部分進行研究。該材料隨溫度變化的可能性較低，也就是說由Greenland風化層建造的結構能夠持續(xù)暴露于月球溫度范圍（從最冷到最熱）。目前，Aguiar 將繼續(xù)對此次3D打印的物體進行環(huán)境能力測試，包括輻射、小行星和溫度波動。

Aguiar 在 FIU 等離子形成實驗室的工程專家指導下工作，并在 FIU 特聘教授 Arvind Agarwal 的指導下，追隨 FIU 博士生 Kazue Orikasa 的腳步，他現(xiàn)在正在研究如何使用塑料材料來保護太空技術。Orikasa 最近獲得了NASA 空間技術研究生研究機會(NSTGRO) 獎學金，為 Aguiar 的 3D 打印月球風化層材料項目奠定了基礎。與 Aguiar 一樣，Kazue 也在 Agarwal 的指導下在 FIU 等離子體成形實驗室工作，現(xiàn)在正與 NASA 的領先工程師和科學家合作開發(fā)一維和二維材料-聚合物復合材料，以提高材料的機械、熱和輻射屏蔽性能。


△Brendan Aguiar 在材料研究協(xié)會 (MRS) 會議上進行展示。

隨著 Artemis 任務的臨近，美國宇航局重新點燃了人們對月球探索的興趣，并激勵下一代科學家進行創(chuàng)新！