3D-принтеры помогут колонизировать Луну и Марс

Один из опорных вузов Росатома, Томский технический университет, начал создавать модели космических кораблей; в 2022 году на МКС российские космонавты начнут печатать на таких принтерах яркие прочные аксессуары. За последние семь лет ТПУ реализовал ряд космических проектов. Многие из них еще в работе — о том, как технология 3D-печати и композитные материалы могут облегчить жизнь космонавтов, помогут Разгадка тайн природы. и колонизировать Директор Инженерной школы «Молодые новости» ТПУ Алексей Яковлев рассказал «СР».

— Как начинался космический проект ТПУ?

— Началом послужило распоряжение Правительства РФ № 218 «О сотрудничестве университетов и компаний», которое было разработано совместно с Ракетно-космической корпорацией «Энергия» и Физическим институтом мышечных и материальных наук Сибирского отделения Российской академии трения в 2013 году. Разработка была необходима для производства нового поколения ракет и космической техники.

В 2015 году в сотрудничестве с «Энергией» и ИПСМ Томский политехнический университет создал Научно-образовательный центр «Современные производственные технологии» и Центр перспективных исследований «Многоуровневое динамическое моделирование материалов и конструкций». Еще через год был открыт Международный сетевой центр научного образования ТПУ для тестирования материальных ресурсов. Все эти подразделения входили в состав Центра перспективных материалов, который мог проводить исследования и способствовать освоению космоса.

Во время второго испытания в космосе.

-как спутник Томск-ТПУ-20? Насколько я знаю, это был первый в мире космический аппарат, корпус которого был изготовлен с помощью 3D-принтера.

— Это был подарок к 120-летию Томского политехнического университета. Он является единственным университетским спутником с сертификатами Роскосмоса и NASA. Идея создания спутника под названием ТПУ возникла у ректора Петра Швика. Он предложил, чтобы летательный аппарат был секретным и мог ловить сигнал, излучая над Землей аудиосигналы на разных языках и радиолюбителей всего мира. Проект был завершен менее чем за год. Электронная начинка была разработана Юго-Западным государственным университетом. По сути, мы сконструировали первых в мире нанодриан, тела которых были напечатаны на трехмерном принтере. Устройство небольшое — 30 см в длину, 11 см в ширину и около 4 кг в глубину.

Потребовалось много времени, чтобы выбрать материалы, способные выдерживать низкие и высокие температуры ± 100°C, так как обычные пластики не отвечали этим параметрам; сырье пришлось выбирать из списка материалов, одобренных для использования на МКС, и совершенствовать их; материалы должны были быть разработаны таким образом, чтобы быть совместимыми с внутренним и внешним температурным диапазоном МКС, и материалы должны были быть совместимы с внутренним температурным диапазоном МКС. Батареи, питающие оборудование корабля, не любят перепадов температур, поэтому были напечатаны специальные защитные блоки. Спутник был отправлен на МКС 31 марта грузовым кораблем «Прогресс МС-02» из космоса на Байконуре в 2016 году. Однако достичь космоса ему не удалось, разве что со второго раза.

— Почему;.

— А, вот такая была история! Когда спутник был отправлен на Байконур и уже ждал заказа на упаковку в транспортный космический корабль, прибыл специальный баллист с запретом на полет. Специалисты подсчитали, что если космонавты не запустят наш спутник, то он вернется на МКС на втором витке и упадет в американский сектор. Назревал международный скандал. Мы все стояли на ушах! Нам дали два дня на доработку наших планов. Чтобы изменить траекторию, мы должны были построить специальный тормозной элемент — небольшое приспособление типа «галстук-бабочка». Нам оставалось только догонять. Космонавты вывели спутник на орбиту около 400 километров, они говорили голосами 12 иностранных студентов из ТПУ. Одновременно мы передавали телеметрию — информацию обо всех параметрах работы системы. Около трех месяцев мы с Роскосмосом наблюдали, как он летел по заданной траектории, прежде чем войти в плотные слои атмосферы и сгореть. Во время полета радиолюбители обнаружили его и написали нам. Точная копия спутника находится в Московском музее космонавтики. Это был первый университет, удостоенный такой чести.

Флок.

— Как сейчас — как это используется для создания серии спутников, которые могут объединяться в рой и взаимодействовать друг с другом? Как это будет развиваться?

— ‘Рой малых космических аппаратов — это большой проект, и над ним работает группа из более чем 15 организаций под руководством междисциплинарной системы связи РКЦ’. Институт ядерной физики МГУ производит детекторы взрывов гамма-лучей. Системы ориентации и стабилизации с компьютерами на борту с использованием программно-программных комплексов.

К 2020 году необходимо активировать 10 спутников в год в течение трех лет. На первом этапе они должны обмениваться информацией друг с другом, на втором — передавать данные на МКС, а на третьем и последнем этапе система позиционирования должна быть такой же слаженной, как рой пчел.

— Зачем нужны такие спутники?

— Спутники похожи друг на друга, но имеют разную полезную нагрузку. Каждый космический аппарат имеет уникальное назначение. Изучение лесов для обрезки и балансировки новых посадок, мониторинг поведения насекомых, изменение климата, контроль урожайности в сельскохозяйственных районах, исследование земли, изучение космоса, подсчет количества мусора, летающего по орбите планет. И это только часть задач. Пример. В Кыргызстане над озером озер появилось коричневое облако. Никто не понимает, что это за явление. В целом надежда на то, что спутниковые системы будут определять, что мы должны делать, с помощью оптических методов управления.

3D-печать в условиях нехватки гравитации

— На каком этапе вы планируете создать модель космического 3D-принтера для печати сложных материалов на МКС?

— Конструкторская документация готова. Контракт с заказчиком подписан, и модель будет создана. Оригинальный принтер будет доступен в 2021 году. После пробного запуска и подтверждения правильности всех расчетов начинается создание летучей версии.

— В чем разница между космическим 3D-принтером и обычным принтером?

— Отличий много, поскольку они работают в условиях отсутствия гравитации, и системы безопасности должны быть тщательно изучены. В мастерской на Земле вы ставите принтер на стол, и он печатает. Если попадают частицы пластика или пыли, вы просто открываете окно и проветриваете; на МКС нет вентиляционных каналов; на МКС нет вентиляционных каналов; на МКС нет вентиляционных каналов; на МКС нет вентиляционных каналов; на МКС нет вентиляционных каналов. Для того чтобы ничто не угрожало атмосфере станции, необходима система вентиляции с соответствующими фильтрами и защитными устройствами. Из-за этих особенностей принтер больше и тяжелее обычных моделей. Все рабочие тени должны быть предсказуемо без гравитации, чтобы все материалы правильно скреплялись друг с другом. Материалы получаются прочными, а компоненты принимают нужную форму. Это не так просто. На Земле гравитация часто помогает, но нам приходится обходиться без нее. Существует оригинальная конфигурация узлов, связанных с подачей материалов, возможностью крепления подложки и печатающей головки. Одновременно разрабатывается программное обеспечение для принтера.

— И что же печатает на нем космонавт?

— Что угодно. Существует множество процессов, часто требующих пластмассовых заглушек, которые всегда растворяются в условиях гравитации. Без пробки может произойти утечка электричества и поражение током. Принтеры могут помочь в таких ситуациях: включай и печатай. Любые аксессуары можно изготовить взамен вышедших из строя. Иногда требуются нестандартные инструменты — их можно спроектировать на компьютере или запросить планы с Земли и распечатать для использования. В зависимости от миссии астронавты могут менять состав сложных материалов и добавлять в полимеры стекловолокно, углерод или металл. Это меняет свойства сфотографированных аксессуаров. Они остаются легкими, но изделие становится более сложным и может выдерживать очень низкие или, наоборот, высокие температуры. Космонавты ценят это. Наши принтеры могут стать оригинальным стандартизированным оборудованием для оркестров, а также арийских и лунных комплексов.

С видом на орбиту.

-Расскажите подробнее о проекте «Пересвет», в рамках которого ТПУ разрабатывает защитное покрытие для отверстий порта.

— В рамках эксперимента «Пересвет» на иллюминатор МКС будет нанесено многослойное нанельное покрытие, которое защитит иллюминатор от космического мусора, микрофоритов и космической пыли. Накладка прошла все испытания и была запатентована. В конце лета должен быть подписан контракт и немедленно начато изготовление оборудования для нанесения покрытия в космических условиях.

Со временем космическая пыль накапливается на сверлении, теряет прозрачность и образует кашу. Кроме того, возникают механические повреждения. Несколько лет назад в американском секторе произошла чрезвычайная ситуация. У них есть большой стеклянный купол, чтобы любоваться пространственным пейзажем, его радиус — 60 см. Над ним пролетел метеор, разрушив стекло и оставив царапину в 2 см. Астронавты опасаются, что трещина пойдет дальше и вызовет декомпрессию. Люк пришлось закрыть металлическим экраном. Теперь они ходят смотреть в космос через наши люки — они почти в три раза меньше, но надежнее. Наша технология будет подобна «лечению» разбитого лобового стекла автомобиля — не только профилактические меры, но и ремонт уже поврежденных участков.

— Где еще можно использовать новое покрытие?

— Эта технология будет использоваться для защитного покрытия солнечных инверторов. В настоящее время космические батареи покрыты стеклом без покрытия, которое прекрасно выглядит в закрытом состоянии, но при развертывании имеет большие квадраты и превращается в космический мусор. Они быстрее выходят из строя и производят меньше энергии. Наше рассеивание помогает решить эту проблему.

— В чем суть вашей работы по созданию автономных теплиц на орбите?

— В этом году мы планируем подать заявку в Роскосмос на участие в долгосрочной опытной программе на МКС и получить финансирование. В теплице мы будем выращивать различные растения в космических условиях. В ней будет использоваться интеллектуальное освещение, способствующее росту растений, специальные гидропонные установки, автоматический полив и возможность сбора урожая, а вместо почвы будет богатый питательными веществами гель. В команду проекта входят ученые из ТПУ и Томского государственного университета, а также Томского государственного института систем управления и радиоэлектроники, Института химии нефти СО РАН, Сибирского научно-исследовательского института сельского хозяйства и компании Trefis. сельского хозяйства и компании Trefis. Было много экспериментов по выращиванию культур в условиях микросреды, все они проходили в орбитальных жилых квартирах. Но мы разрабатываем специализированные автономные установки, которые могут обеспечивать пищей космонавтов и при необходимости могут быть соединены с МКС через авиалинии. Когда-нибудь это можно будет использовать на Луне или Марсе.

— На ваш взгляд, есть ли устойчивые планы для колонии на Луне и Марсе?

— Все они очень важны и устойчивы. Я могу представить, как я лечу на Луну, рою траншеи, печатаю все те же конструкции и устанавливаю теплицы. Я думаю, что колонии — это перспектива на ближайшие десять лет.

— Может ли человек быть счастлив, если его нет на Земле?

— Почему бы и нет; конечно, может; через 15 лет он не будет свободно ходить по улицам. Для экстремистов это будет весело, а большинство людей переселятся в герметические капсулы, где есть все необходимое для счастья. В них будет тепло, светло и комфортно дышать. Откройте шкаф — там курица несет яйца — откройте другое яйцо — вы собрали немного мелкой зелени — загляните в третье — корова дает свежее молоко. И очень важно перерабатывать мусор — все отходы превращаются в энергию. Летите туда, куда вам нужно, привязывайтесь там и делайте все это с помощью оператора. Никого не волнует, что находится в океане. Ни комары, ни москиты, ни короеды. Есть идеи, как такие экспериментальные капсулы можно было бы производить в Томске.