Het maken van nieuwe spullen uit de spullen die je hebt, maakt deel uit van de taakomschrijving van een astronaut - denk aan de bemanning van Apollo 13 die CO aanpast ₂ filters om hun eigen leven te redden, of gestrande Mark Watney in The Martian, zichzelf voedend op de Rode Planeet. Nu zijn er plannen om items in een baan om de aarde te produceren, en ESA-astronaut Alexander Gerst stelt dat dit een groot verschil kan maken voor het leven en werken in de ruimte.

Alexander - die iets minder dan een jaar in een baan om de aarde heeft doorgebracht, de tweede Europeaan worden die het bevel voert over het International Space Station (ISS) - sprak op ESA's Workshop on Advanced Manufacturing, waaronder een speciale sessie over productie buiten de aarde.

Terwijl plastic producerende 3D-printers al de ruimte hebben bereikt, het virtuele evenement hoorde hoe ESA in 2022 met de eerste metalen 3D-printer zal vliegen, en onderzoekers plannen ook grootschalige productie, zoals ruimtevaartuigen die na de lancering hun eigen antennes of zonnepanelen printen. Biedt een uniek gebruikersperspectief vanuit zijn 363 dagen in een baan om de aarde, Alexander beschreef productie buiten de aarde als een game-changer voor ruimteverkenning.

"Het is verbijsterend om te bedenken wat het ISS eigenlijk is, " begon Alexander. "We hebben het in de ruimte gebouwd, verhuizen op 28, 000 km/u, uit modules die in verschillende continenten zijn vervaardigd en voor het eerst in een baan om de aarde zijn samengesteld. Degenen onder jullie die een huis hebben gebouwd, zou je je kunnen voorstellen dat je het zou doen zonder naar Home Depot te kunnen gaan voor het geval je wat schroeven of zo bent vergeten?"

Een oplossing bedenken

Hij beschreef het ISS als een symbiose van mensen en robotsystemen, met menselijke vaardigheden die robots niet hebben, vooral als er iets misgaat.

"Bijvoorbeeld, we hebben aan meer dan 600 verschillende wetenschappelijke experimenten gewerkt tijdens mijn Blue Dot- en Horizons-missies naar het ISS, maar een waar ik vooral dol op ben, is de elektromagnetische levitator, een microzwaartekrachtoven voor metalen. Het voelt een beetje als mijn baby:het was veel werk om te installeren in het Europese Columbus-laboratorium, omdat een bout die hem op zijn plaats hield voor de lancering vast kwam te zitten tijdens de installatie, en bedreigde het hele experiment.

"Na veel analyse hebben we besloten om de bout af te zagen, en ik stelde voor om het zaagblad met mijn scheergel te bedekken - om metaalspaanders op te vangen die anders gevaarlijk zouden rondzweven.

"Toen was er de tijd dat een klem diep in een ventilatiekanaal werd gezogen, en ik moest een paar uur besteden aan het uitvissen met een haak die ik aan een flexibele paal had geplakt."

Een ander voorbeeld van improvisatie was persoonlijker:"Ik heb eigenlijk een kaars gemaakt, uit glimmende Kapton-tape en een oude zaklamp, voor de verjaardag van mijn bemanningslid. Ik heb er niets over verteld, maar uiteindelijk zetten we het de hele tijd op voor het avondeten - als teken dat de werkdag voorbij was en het tijd was voor een mentale pauze. Uiteindelijk kregen we een telefoontje van de veiligheidsmensen die het op een foto moeten hebben gezien en zeiden 'wees niet beledigd, maar is het mogelijk dat je daarboven een kaars hebt?" Het was een geweldig en grappig compliment - ze dachten dat het een echte kaars zou zijn!

"Dat laat zien hoe belangrijk de kleine dingen in de ruimte zijn:met buitenaardse productie zou je je zelfs kunnen voorstellen, op weg naar Mars, de dochter van een bemanningslid die een kleuterschoolsculptuur maakt voor hun verjaardag, dan print het bemanningslid het aan boord en hangt het op in hun bemanningsverblijven."

Aan boord van het ISS, ontbrekende items kunnen uiteindelijk naar de volgende bevoorradingsraket worden gestuurd - wat niet het geval zal zijn voor interplanetaire expedities. Alexander verklaarde dat productie buiten de aarde echt belangrijk zal worden tijdens langdurige missies weg van onze thuiswereld.

Alexander gaf een lijst met mogelijke use-cases, inclusief grote volumineuze artikelen, mechanische steunen en adapters, bekledingen en speciaal gereedschap, en uiteindelijk voedsel en zelfs biologisch materiaal voor medische doeleinden. De mogelijkheid om al deze onderdelen te recyclen voor latere herdrukken zou ook een groot pluspunt zijn.

3d printen, van de grond naar de ruimte

Normaal gesproken zou het eigenlijke ontwerpwerk voor productie buiten de aarde op de grond worden gedaan, maar het is belangrijk dat degenen op de grond een nauwkeurig beeld hebben van de omstandigheden in de ruimte. "De meeste grondteams hebben de indruk dat de configuratie in de baan heel precies bekend is, maar vaak is dit niet het geval:records kunnen verouderd zijn, en configuraties veranderen in de loop van de tijd."

Alexander gaf het voorbeeld van zijn Russische collega's die plastic bekleding probeerden aan te brengen om de interne wandoppervlakken van de servicemodule te vernieuwen, maar ontdekten dat sommige van de gevormde vormen niet overeenkwamen met de realiteit na twee decennia in een baan om de aarde, en moest worden aangepast om te passen.

"De echte key enabler is eigenlijk een gesloten feedbacklus, met een meet- en scansysteem om nauwkeurige gegevens over geometrieën en configuraties te krijgen voordat de tool voor afdrukken wordt ontworpen, en ook als kwaliteitscontrole achteraf."

Alleen bij zeer autonome missies, zoals reizen naar Mars, zou de bemanning de hele productiecyclus zelf uitvoeren, zonder grondhulp - of anders tijdens noodsituaties.

Alexander concludeerde:"Om de aarde te verlaten, is de belangrijkste wet de raketvergelijking, maar om in de ruimte te leven is de wet van Murphy het belangrijkste - je moet de mentaliteit hebben dat alles wat mis kan gaan, uiteindelijk mis kan gaan. Daar kunnen we maar beter op voorbereid zijn, en productie in de ruimte zal ons daarbij helpen. Het is een belangrijke game-changer om ons verder de ruimte in te laten gaan en het risico te verkleinen. Dus ik verwelkom de out-of-earth productie-inspanning van ESA om Europa te helpen een leidende positie in dit veelbelovende domein te verwerven."

ESA's Advanced Manufacturing-initiatief

"Deze workshop vond plaats als onderdeel van ESA's Advanced Manufacturing-initiatief, om de stand van de techniek op het gebied van productietechnologieën te laten zien en de gemeenschap te bereiken als een kans om een ​​toekomstige visie en strategie te bespreken, " merkt Thomas Rohr op, rubriek ESA's Materialen en Processen Sectie.

"Onze meer dan 40 technologische ontwikkelingsactiviteiten die tot nu toe van start zijn gegaan, openen nieuwe mogelijkheden op het gebied van ontwerpvrijheid, gestroomlijnde productiestadia en verminderde kosten of doorlooptijd, samen met verbeterde productprestaties - en het uitbreiden van het productieproces naar de ruimte buiten de aarde is een cruciaal onderdeel van onze algehele inspanningen met een groot potentieel voor toekomstige missiescenario's en commerciële businesscases."