Zoals ik nu in verschillende afleveringen heb vermeld, bevindt de mensheid zich in een overgangsperiode, een tijd waarin het logisch is om materiaal de aardse zwaartekracht in en rond de aarde en daarbuiten te lanceren. Maar het is erg duur en kost tot $ 10.000 per pond dat je in een baan om de aarde wilt hebben, en tien keer als je het op de maan wilt.
Maar de komende decennia zal er steeds meer van onze ruimtevaartinfrastructuur worden gebouwd in de ruimte, vervaardigd uit materialen die zijn gewonnen in de ruimte.
Het enige dat echt nodig is om de aanhoudende zwaartekracht van de aarde te verlaten, zijn wij, de mensen, de toeristen die al die ruimte-infrastructuur willen bezoeken.
Om die ruimtetoekomst te bereiken, zullen ingenieurs en missieplanners natuurlijk de technologie moeten ontwerpen en bouwen die dit mogelijk maakt.
Dat betekent het testen van nieuwe prototypes, technologieën en methodologieën voor mijnbouw en ruimtevaartproductie.
Dit is een voorbeeld van het soort telecommunicatiesatelliet dat regelmatig in de ruimte wordt gelanceerd. De grootte en vorm van de zonnepanelen zijn afhankelijk van de realiteit dat de zwaartekracht van de aarde ... zuigt. Elk ruimtevaartuig dat moet worden gebouwd, moet tijdens de testfase de volledige zwaartekracht hier op aarde aankunnen.
Vervolgens moet het bestand zijn tegen de meedogenloze acceleratie, schudden en andere lanceerkrachten. Zodra het zijn baan heeft bereikt, moet het zijn zonnepanelen uitvouwen in een configuratie die stroom voor het ruimtevaartuig kan genereren.
Zoals altijd hoef ik alleen maar de woorden te zeggen, James Webb Space Telescope, om je in een staat van paniek en angst te brengen, waarbij ik me de complexiteit en origami-precisie voorstel die meer dan een miljoen kilometer van de aarde moet gebeuren, op een plek die kan wordt niet onderhouden.
Kijk nu eens naar de illustratie van deze kunstenaar van een satelliet waarvan de zonnepanelen volledig in een baan om de aarde waren gebouwd en nooit de ontberingen van de zwaartekracht van de aarde hebben ervaren. Ze zijn komisch, hilarisch groot. En het blijkt efficiënt en kostenbesparend te zijn.
Stel je het internationale ruimtestation voor met zonnepanelen die driemaal langer waren, maar nog steeds perfect sterk en stabiel in de microzwaartekrachtomgeving van een lage baan om de aarde.
Dit is de technologie die de Archinaut One van Made in Space al in 2022 zal testen, waardoor we een stap dichter bij die ruimtegebaseerde productie komen waar ik steeds mee bezig ben.
In juli 2019 kondigde NASA aan dat het 73,7 miljoen dollar had toegekend aan Made In Space, een 3D-productiebedrijf gevestigd in Mountain View, Californië.
Dit contract zal helpen bij de financiering van de bouw en lancering van het Archinaut One-ruimtevaartuig van het bedrijf, dat vervolgens de productie en montage van ruimtevaartuigcomponenten in de ruimte zal demonstreren.
Ze gaan een ruimtevaartuig bouwen dat zijn eigen energiesysteem gaat samenstellen. In de ruimte.
Als alles goed gaat, gaat Archinaut One al in 2022 de ruimte in aan boord van een Rocket Lab Electron-raket uit Nieuw-Zeeland.
Zodra het ruimtevaartuig de baan bereikt, zal het twee zonnepanelen van tien meter hoog bouwen, genoeg om een industriestandaard satelliet van 200 kg van stroom te voorzien. Het soort satelliet dat bij grotere lanceringen als secundaire lading dient. Over het algemeen hebben ze onvoldoende vermogen, met slechts een paar honderd watt vermogen tot hun beschikking.
Archinaut One zal de steunbalken 3D-printen en vervolgens de zonnepanelen aan weerszijden van het ruimtevaartuig ontvouwen.
Door de hele reeks in de ruimte te vervaardigen, heeft de kleinere satelliet de vermogens van een veel groter ruimtevaartuig - 5 keer de kracht - die meer wetenschappelijke instrumenten, communicatie-instrumenten, enz. Kan aandrijven.
Dit is logisch hier in een baan om de aarde, maar het is zelfs nog logischer dieper in het zonnestelsel, waar de hoeveelheid zonne-energie die beschikbaar is voor een ruimtevaartuig wegvalt.
NASA's Juno-ruimtevaartuig bezoekt momenteel Jupiter, het ruimtevaartuig van 4 ton heeft drie zonnepanelen van 9 meter lang met 18.698 zonnecellen. Hier op aarde kunnen ze 14 kilowatt elektriciteit opwekken. Maar in de baan van Jupiter krijgen de zonnecellen slechts 1 / 25ste hoeveelheid zonlicht om mee te werken.
NASA heeft geïnvesteerd in verschillende technologieën die het 'kantelpunten' noemt. Dit zijn technologieën die te riskant of te ingewikkeld zijn voor ruimtevaartbedrijven om winstgevend te ontwikkelen. Maar als NASA de risico's kan verminderen, kunnen ze de commerciële ruimteverkenning ten goede komen.
Dit was het tweede contact dat Made in Space ontving voor het Archinaut-programma. Het eerste contract, toegekend in 2016, was voor een grondtest van Archinaut.
Het werd in de thermische vacuümtestomgeving van Northrop Grumman geplaatst, die de extreme temperaturen en lage druk van het bijna-vacuüm van de ruimte kan nabootsen.
In de kamer kon Archinaut verschillende constructies vervaardigen en assembleren. Het toonde aan dat het volledig autonoom geprefabriceerde componenten zoals knooppunten en spanten kon assembleren, evenals verschillende reparatiehandelingen.
Met deze test uit de weg, zal de volgende fase zijn om de technologie in de ruimte te testen, met de lancering van Archinaut One idealiter tegen 2022.
Naast het Archinaut-programma werkt NASA al enkele jaren samen met Made in Space.
De bekendste van deze samenwerking is de Additive Manufacturing Facility (of AMF), momenteel aan boord van het International Space Station, dat in maart 2016 arriveerde en een upgrade naar de vorige printer van het station bood.
In de afgelopen paar jaar heeft deze printer tientallen objecten gemaakt in de microzwaartekrachtomgeving van een baan uit polyethyleen. Maar de AMF kan printen met verschillende materialen zoals metalen en composieten.
Door de samenwerking met Made in Space kan NASA vervangende onderdelen maken en kapotte stukken van het station in een baan om de aarde repareren. Maar het stelt Made in Space ook in staat om hun ambitieuzere plannen voor productie in de volledige ruimte te testen.
In 2018 heeft NASA hen een Phase 2 Small Business Innovation Research Award toegekend voor hun Vulcan-productiesysteem. Dit is een ruimtegebaseerd productiesysteem dat kan werken met 30 verschillende grondstoffen, zoals aluminium, titanium of plastic composieten om 3D-items te printen.
Vulcan zal ook in staat zijn om materiaal af te trekken en onderdelen tot hun uiteindelijke vorm te bewerken. En het wordt allemaal robotisch gedaan. Het doel is om zeer sterke, uiterst nauwkeurige polymeer- en metalen componenten in een baan om de aarde te bouwen met hetzelfde kwaliteitsniveau als de spullen die je hier op aarde kunt kopen.
Made in Space test ook de technologie om optische vezels in de ruimte te vervaardigen. Deze vezels verzenden een enorme hoeveelheid gegevens, maar het signaal moet over langere transmissieafstanden worden versterkt. Er is een speciaal soort kristal genaamd ZBLAN dat een tiende of zelfs een honderdste kan hebben van het signaalverlies van traditionele vezels, maar het is moeilijk te produceren in aardse zwaartekracht.
Een recent experiment dat aan het internationale ruimtestation ISS is geleverd, zal deze ZBLAN-vezels in de ruimte produceren en hopelijk tot 50 km per keer produceren. Aangezien de lanceringskosten worden verlaagd, kan het zelfs economisch zinvol zijn om glasvezelkabels in de ruimte te vervaardigen en ze vervolgens terug naar de aarde te brengen.
Maar het is ook logisch om ze in de ruimte te houden, om meer geavanceerde satelliethardware te maken die nooit bekend is met de zwaartekracht van de aarde.
Made in Space werkt ook aan technologie die polyethyleen zal recyclen tot nieuwe 3D-geprinte items. Wanneer het zo duur is om vracht de ruimte in te vliegen, wordt het gerecycled wat je al naar de ruimte hebt gestuurd, en wordt voorkomen dat het overboord wordt gedumpt om in de ruimte te verbranden.
Dit zijn allemaal slechts onderdelen van een veel grotere technologiestrategie waar Made in Space naartoe werkt - het doel van een volledig op ruimte gebaseerd productie- en assemblagesysteem.
In de toekomst zullen satellieten, telescopen en andere op de ruimte gebaseerde hardware hier op aarde worden ontworpen. Vervolgens worden de grondstoffen de ruimte in gelanceerd met een Archinaut-productiesysteem.
Archinaut maakt alle onderdelen met behulp van de 3D-printer en wordt vervolgens in de ruimte in elkaar gezet.
Made in Space heeft twee smaken Archinaut die ze nu voorstellen. Het DILO-systeem ziet eruit als een achthoekige bus omgeven door zonnepanelen met een robotarm die uit de bovenkant steekt.
In de bus bevinden zich alle grondstoffen voor een op ruimte gebaseerde communicatieantenne. De arm neemt opgevouwen reflectorpanelen en monteert deze vervolgens. Het maakt gebruik van 3D-printen om de panelen te bevestigen en vervolgens worden ze uitgevouwen in een communicatieschotel.
Het ruimtevaartuig gebruikt vervolgens een 3D-printer om vanuit het midden een communicatieboom te vervaardigen en te extruderen.
De meer geavanceerde versie heet ULISSES. Het is een versie van Archinaut met drie robotarmen rond een 3D-printer. Het ruimtevaartuig vervaardigt verschillende spanten en knooppunten en gebruikt vervolgens zijn armen om ze in steeds grotere structuren te assembleren. Met deze technologie worden ze eigenlijk alleen beperkt door de hoeveelheid grondstoffen waarmee het ruimtevaartuig moet werken.
Het zou ruimtetelescopen kunnen bouwen van tientallen of zelfs honderden meters breed.
De stukken komen samen voor echte ruimtegebaseerde productie en montage. Al in 2022 zien we een ruimtevaartuig zijn eigen zonnepanelen in de ruimte monteren, waardoor een structuur ontstaat die de zwaartekracht van de aarde nooit hoeft te ervaren.
En de komende jaren zien we steeds grotere ruimtevaartuigen die bijna volledig in een baan om de aarde zijn gebouwd. En uiteindelijk, hoop ik, worden ze gemaakt van materiaal dat is geoogst uit het zonnestelsel.
Op een dag zien we de lancering van de laatste vrachtraket. De laatste keer dat we de moeite namen om iets uit de enorme zwaartekracht van de aarde naar de ruimte te dragen. Vanaf dat moment zijn het alleen maar toeristen.
