NASA 2022年的突破与成就：Artemis、3D 打印宇航服和新型金属合金

导读：美国宇航局总结2022年是“走出这个世界”的一年。确实如此，这不仅是因为大型月球火箭发射成功，还得益于大量进入太空的技术、新的商业合作伙伴关系以及航天局许多项目的进展。就开创性的任务和技术而言，NASA在太空3D打印方面取得了很多成就。以下是NASA在过去一年中取得的主要成就。



为探月做准备
经过多年的延误和数十亿美元的成本超支后，美国宇航局的巨型月球火箭于 2022 年 11 月 16 日搭载无人驾驶的猎户座宇宙飞船，从Canaveral港升空，到达距离地球 280,000 英里（450,000 公里）的高空。第一个 Artemis 任务使用了四个源自航天飞机的RS-25核心级发动机，由Aerojet Rocketdyne制造和升级，具有众多 3D 打印组件，这些组件协作将发动机的总体生产成本降低近 35%，同时保证了高性能，高可靠性和安全性。此外， Northrop Grumman 制造的两个固体火箭助推器) 在飞行的前两分钟内提供了飞行器 75% 以上的推力。与 RS-25 发动机一样，助推器是对航天飞机项目的传统部件设计进行的修改，并采用了增材制造，使其与轨道运载器兼容。

有了 Artemis，NASA 最终将把第一位女性和第一位有色人种送上月球，但在任何载人任务登陆月球之前（2025 年左右），该机构还计划开发月球表面所需的技术，其中包括原位资源利用(ISRU) 的可用性，以便人类可以使用本地资源。在这一点上，NASA 在2022年通过其年度突破、创新和改变游戏规则 (BIG) 创意挑战赛与多所大学合作。期望由学生领导的团队在月球上设计一条金属生产管道，包括从月球矿物中提取金属、用于 AM 的成型材料，以及测试和验证在月球上使用的3D 打印基础设施。


△美国宇航局的猎户座飞船于 11 月 16 日搭载该机构的太空发射系统 (SLS) 火箭发射升空，这是阿耳忒弥斯 (Artemis) 首次登月任务。图片由 Lockheed Martin/NASA 提供。

科幻成为现实
NASA 以提高太空探索能力而闻名，它利用全国各地的企业家、研究人员和创新者来寻找解决方案。从发射太空任务到展示先进技术，再到支持早期概念的开发，2022 年的主要成就包括联延长3D组织芯片的使用寿命，以及提出了定制3D打印宇航服和3D打印游泳微型机器人等未来主义想法。

NASA 与多个机构合作，旨在通过资助九份合同来推进3D组织芯片的发展，通过合作，以期将组织活力和生理功能延长至至少六个月（目前，3D 组织芯片只能存活约一个月，限制了使用率。通过延长组织活力，研究人员可以测试急性和慢性暴露于药物、辐射、环境危害、感染和微重力等因素。该提议最关键的方面之一是使人类能够在深空进行太空飞行。此外，3D 组织芯片可以模拟疾病并帮助个性化药物的生产。



△2019 宾夕法尼亚大学/费城儿童医院的肺骨髓芯片。图片由美国宇航局提供。

其他未来主义概念包括位于大学城的得克萨斯 A&M 大学获得的一笔赠款，用于 3D 打印太空服。对于此提案，工程师邦妮·邓巴 (Bonnie Dunbar) 将评估增材制造作为一种可以帮助快速且经济高效地制造宇航服的工具。除了 3D 打印，她相信其他技术也可以实现这一目标，例如人体 3D 扫描、自动化3D 服装制造、数字孪生、计算机辅助设计 (CAD) 和基于模型的工程。

探索计划
为了推进可持续航空，NASA 一直在与其合作伙伴和私营部门合作。他们一起开发和测试新的绿色技术，例如一种名为GRX-810的新型金属合金，可用于包括飞机和火箭发动机内部在内的应用。GRX-810 采用 3D 打印工艺开发，可在整个材料中均匀分散纳米级氧化物，可承受超过 2,000 华氏度的温度，寿命比现有合金长 2,000 倍。


△NASA Glenn 的 3D 打印涡轮发动机燃烧器（燃料-空气混合器）是具有挑战性的部件的一个例子，它可以从应用新的 GRX-810 合金中获益。图片由美国宇航局提供

2022年，NASA 一直致力于教育和激励新一代对太空探索感兴趣的人。例如，该机构与科学专家一起举办了 Twitter Spaces，讨论太空图像如何成为人们可以通过替代文本、丰富的图像描述、触觉面板、3D 打印模型、触觉板和通知阅读、触摸和听到的体验。它还与Google Arts & Culture合作创建了一个名为“我们的太阳系：与 NASA 一起穿越我们的宇宙邻域的 3D 冒险”的数字画廊，其中包括 60 多个行星、卫星和 NASA 航天器的 3D 模型。这些模型以及新发布的 SLS 3D模型也通过 Google 搜索结果显示。

为深空探测准备
NASA继续其广泛的合作伙伴关系，NASA 和 SpaceX 成功地发射和返回国际空间站 (ISS) 的机组人员，并在太空中进行了大量研究和实验，最大限度地促进科学发展。例如，去年 10 月，五名宇航员组成的机组人员抵达空间站，承诺将花费数月时间在微重力下的心血管健康和流体行为等领域开展新的科学研究，为人类探索近地轨道以外的环境和造福生命做准备在地球上。

该团队还携带了升级后的生物制造设施（BFF），该设施在2019年成功打印了部分人体膝关节半月板和大量人体心脏细胞。生物打印技术具有如此巨大的潜力，不仅可以帮助缓解地球上的器官短缺，还可以使在微重力条件下打印组织样本，其质量高于在地面打印的组织样本。其他有意义的伙伴关系和合作包括与开创性太空初创公司Rocket Lab（纳斯达克股票代码：RKLB）、增材建筑开发商ICON以及 3D 打印和太空公司Relativity Space的交易和赠款。


△美国宇航局局长比尔尼尔森（左）在年终会议期间与美国宇航局总部的高级领导层举行会议。图片由 NASA/Joel Kowsky 提供。

美国宇航局局长比尔尼尔森指出：“2022 年将作为美国宇航局所有任务中成就最大的年份之一载入史册，2023 年也有很多值得期待的事情：韦伯望远镜的更多惊人发现、气候任务将告诉我们更多关于地球如何变化的信息、国际空间站的持续科学、X-59 的开创性航空发展和X-57 实验飞机、50 多年来第一批登上月球的宇航员的选拔等。”

随着 NASA 继续通过发现激励世界，私人航天业已经发展成为地球外生态系统中的重要参与者。2023年人类在太空探索中还能取得哪些成就呢？让我们拭目以待！