美国学生为登月计划设计可重复使用的3D打印着陆架

来自美国10所大学的本科生团队为未来的登月任务设计了可重复使用的3D打印发射着陆垫。

这一概念被称为“月球羽流减缓装置”（Lunar Pillow Releasation Device），或称“月球垫”，它被设计成可以直接在月球表面发现的月球表土材料进行3D打印。主要是为弥补一个未解决的问题，即遇到启动着陆烧伤。在这种情况下，发动机排气所产生的力会导致松散的月球尘埃扬起并搅动。其新颖的曼荼罗式内部几何结构可以将月球尘埃以层流的方式向外引导，从而降低了由月球登陆引起的原本非常湍急的沙尘暴强度。

一月初，学生们在美国航空航天学院的2021科技论坛上发表了有关其概念着陆平台的研究论文。美国宇航局马歇尔太空飞行中心首席技术员约翰·丹卡尼奇（John Dankanich）表示：“当您浏览此出版物时，学生和学校的多样性非常独特。与各种各样的团队合作开发的解决方案，对解决NASA技术空白的创新具有明显的优势。”

3D打印月球发射和着陆垫的内部几何形状

3D打印的月球垫

该设计最初是2019年由Dankanich组织在为期12周培训课程中的NASA提案写作和评估体验中提出的。这个想法在当时被称为DUST DEVILS，其最高排名获得了NASA内部主题专家的团队资金和技术支持。然后，在2020年6月，研究小组向马歇尔的专家们介绍了最终设计，专家们获得了在地球上打印和测试原型所需的资金。

丹卡尼奇补充说：“该提案解决了一些技术难题，因为该项目可以实现可持续的月球探测所需的安全且可重复使用的着陆平台。该团队聘请了NASA主题专家，从概念制定到初步设计。然后，他们在短短的几个月内就将这种设计与规模化的设计变成了现实。”

护垫本身包括两个单独的层，火箭所在的屋顶和内部空间，内部空间充满用于重定向废气的通道。屋顶具有狭缝，使排气能够分散到整个内部通道中，然后从排气孔中将其从围绕发射板边缘的通风口中抽出。火箭的重量由中央锥体和分隔板支撑。

学生们在营地斯威夫特（Camp Swift）建造了电子秤

测试原型

为了测试设计的可行性，学生们去年与马歇尔的专家一起，在得克萨斯州的斯威夫特营地，使用了由ICON建筑公司开发的混凝土3D打印机和该项目的特殊水泥基材料打印了一个小规模的原型。

马歇尔太空技术开发部，Jacobs工程集团的太空制造工程师迈克·菲斯克补充说：“去年很高兴与这些学生一起工作，并帮助推进行星发射和着陆方面的最新技术垫。”

菲斯克（Fiske）和学生打算在二月下旬返回斯威夫特营地，在高温和压力下通过真实的火箭热试验和材料样品评估来测试原型垫。在打印过程中，将测量温度、应变和排气流量等参数所需的仪器集成到垫板中。

除了着陆区以外，NASA多年来一直在进行有关太空制造的想法。航天局最初选择工程公司COSM Advanced Manufacturing Systems于2017年开发的一种自动电子束3D打印机。该公司最近宣布，已开始着手最终开发和建造基于DED的金属3D打印机，以满足NASA对太空组件维修的需求。

布伦瑞克工业大学和汉诺威激光中心（LZH）的科学家最近首次在零重力下3D打印了月球重石。作为“ MOONRISE”项目的一部分，该团队在其“ MIRA3D”月球漫游车上安装了定制激光，并将月尘融化成球形，为飞行准备就绪的模型铺平了道路，该模型可以给未来的宇航员在月球长期制造提供条件。