على مدى أكثر من عقدين من الزمن، اعتمد رواد الفضاء في محطة الفضاء الدولية (ISS) بشكل كامل تقريبًا على المواد المشحونة من الأرض للبحث العلمي والحياة اليومية – باستثناء المياه، التي يتم إعادة تدويرها من مياه الصرف الصحي في المحطة.
بفضل صناعة الفضاء التجارية المتنامية والاهتمام العالمي بالمهام طويلة المدى خارج نطاق العالم محطة الفضاء الدولية، التي تقع على ارتفاع 250 ميلاً (402 كيلومترًا) فوق سطح الأرض، يقوم العلماء بتطوير طرق لتصنيع الإمدادات خارج الأرض. ومن شأن النتائج النهائية أن تساعد في تقليل تكاليف الطيران أثناء الرحلات بين الكواكب إلى القمر، المريخ وربما أبعد من ذلك، كما يقول المناصرون.
في تحديث حديث حول هذا الموضوع، يدرس العلماء كيفية عمل الطباعة ثلاثية الأبعاد – وهي تقنية شائعة لبناء الأشياء عن طريق عصر مواد مختارة مثل البلاستيك المنصهر أو الزجاج أو المعدن – في الجاذبية الصغرى. لأن الطباعة ثلاثية الأبعاد يعتمد على بصق المادة المختارة من الفوهة، طبقة بعد طبقة حيث تتصلب إلى النمط المطلوب، جاذبية هو جانب مهم من الآلية.
متعلق ب: شاهد ناسا تختبر فوهة صاروخية مطبوعة ثلاثية الأبعاد مصممة للفضاء السحيق (فيديو)
يتصور العلماء أن هذا الجهد يمكن أن يساعد رواد الفضاء على بناء موارد مختلفة حسب الطلب يومًا ما، بدءًا من أجزاء المحطة الفضائية إلى الأقمار الصناعية النانوية، وحتى على نطاق واسع الأقمار الصناعية من مادة الكويكب الملغومة. علاوة على ذلك، قد يكون من الممكن طباعة موائل ثلاثية الأبعاد على القمر والكواكب الأخرى أيضًا، مما يقلل في النهاية من عدد مهام إعادة إمداد البضائع الضرورية.
وقال جاكوب كوردونييه، المؤلف الرئيسي للدراسة من جامعة وست فرجينيا، في بيان: “لا يمكن للمركبة الفضائية أن تحمل موارد غير محدودة، لذلك عليك الحفاظ على ما لديك وإعادة تدويره، والطباعة ثلاثية الأبعاد تتيح ذلك”. “يمكنك طباعة ما تحتاجه فقط، مما يقلل من النفايات.”
على الأرض، يمكن للطابعة ثلاثية الأبعاد تصميم جميع أنواع الأشياء بسهولة بما في ذلك عدسات الكاميرا والقيثارات وحافظات الهواتف المحمولة وحتى الغرسات كاملة الحجم وأجزاء الجسم الاصطناعية. ومع ذلك، في الفضاء، حتى الحركات البسيطة يمكن أن تعيث فسادًا في التصاميم المعقدة، والجاذبية هي التي تملي تلك الحركات. ومع ذلك، فإن كيفية تصرف أي نوع من مواد بناء الأجسام أثناء الضغط على الطابعة في الفضاء مقارنة بتصرفها على الأرض ليس مفهومًا جيدًا.
وهنا يأتي دور الدراسة الجديدة. فقد وجد كوردونييه وفريقه أن رغوة ثاني أكسيد التيتانيوم، وهي المادة المستخدمة لبناء أجسام ثلاثية الأبعاد في هذه الحالة، تتسرب بشكل مختلف في الجاذبية الصغرى مقارنة بجاذبية الأرض، وسجلوا تلك الاختلافات. ويقول الباحثون إن هذه المعرفة ستكون مفيدة في تحديد كيفية تفاعل المعلمات المختلفة للطابعة، مثل سرعة البناء والضغط، في الجاذبية الصغرى.
تم اختيار التيتانيوم لعدة أسباب. أولاً، إنه خفيف الوزن وأكثر مقاومة للتآكل مقارنةً بالفولاذ المقاوم للصدأ، مما يعني أنه خيار فعال من حيث التكلفة لأشياء البناء ثلاثية الأبعاد في الفضاء. وثانيًا، يحتوي القمر نفسه على معادن مثل التيتانيوم، مما يعني أن مستكشفي القمر في المستقبل قد يكونون قادرين على استخراج مواد الطباعة ثلاثية الأبعاد الخاصة بهم مباشرة من الأرض.
وقال كونستانتينوس سييروس، المؤلف المشارك في الدراسة، والأستاذ في قسم الميكانيكا والفضاء بجامعة وست فرجينيا، في البيان: “نحن نعلم أن القمر يحتوي على رواسب من المعادن تشبه إلى حد كبير ثاني أكسيد التيتانيوم المستخدم في صنع الرغوة”. “لذا فإن الفكرة هي أنك لست مضطرًا إلى نقل المعدات من هنا إلى الفضاء لأنه يمكننا استخراج تلك الموارد القمر وطباعة المعدات اللازمة للمهمة.”
وقد أكدت الأبحاث السابقة أن المناطق الموجودة على القمر غنية بخام التيتانيوم، وأن القليل من الصخور القمرية تحتوي على هذه المعادن 10 مرات أكثر من المعدن الثمين مقارنة بالكمية الموجودة في الصخور على الأرض. وأخيرًا، من المعروف أن المادة تحجب تقريبًا جميع الأشعة فوق البنفسجية المنبعثة منها الشمس، تظهر الدراسة الجديدة.
قصص ذات الصلة:
– ستقوم شركة إيرباص بإرسال طابعة ثلاثية الأبعاد إلى المحطة الفضائية العام المقبل لتمهيد الطريق للمصانع خارج الأرض
– يمكن للقلوب المطبوعة ثلاثية الأبعاد على محطة الفضاء الدولية أن تساعد رواد الفضاء على السفر إلى الفضاء السحيق
– أنشأت ناسا مكتب “من القمر إلى المريخ” للمساعدة في إيصال رواد الفضاء إلى الكوكب الأحمر
على الأرض، يحجب الغلاف الجوي الواقي لكوكبنا كمية كبيرة من الأشعة فوق البنفسجية. وقال كوردونييه: “في الفضاء أو على القمر، لا يوجد شيء للتخفيف من حدة المشكلة إلى جانب بذلة الفضاء الخاصة بك أو أي طلاء موجود على مركبتك الفضائية أو موطنك”.
لذا فإن جميع أنواع معدات رواد الفضاء المصنوعة باستخدام ثاني أكسيد التيتانيوم يمكن أن تكون درعًا فعالًا ضد الأشعة فوق البنفسجية. ولكن كما لو أن ذلك لم يكن كافيًا، فيبدو أيضًا أن المعدن يمكنه استخدام الضوء لتعزيز التفاعلات الكيميائية المفيدة مثل تنقية الهواء، أو حتى الماء.
قام الفريق سابقًا بطباعة ثلاثية الأبعاد على رحلة مكافئة مكتملة بـ بوينغ 727 عندما أدت ذروة المسار إلى 20 ثانية انعدام الوزن. وبعد ذلك، يتصورون إرسال الطابعة في رحلة مدتها 6 أشهر إلى محطة الفضاء الدولية لمراقبة عملية الطباعة بالتفصيل.
ويرد وصف هذا البحث في أ ورق نشرت الشهر الماضي في مجلة منشورات ACS.