Vi ved alle, at tiden er gået for en månebase. Men omkostningerne ved at sende alt, hvad der er nødvendigt fra Jorden for at bygge en base, er uoverkommelige. Jordens tyngdekraftbrønd er for dyb og for stærk til at få alt der med raketter. Så hvad er løsningen?
Ifølge ESA er løsningen Additive Manufacturing (AM) og In-Situ Resource Utilization (ISRU).
ESA leder et projekt for at finde frem til måder, som AM eller 3D-udskrivning kan bruges nu og i fremtiden for at gøre en månebase mere gennemførlig. Projektet kaldes "Conceiving a Lunar Base Using 3D Printing Technologies." Dette er den gamle pionerånd, der lever af landet, men genstartes med moderne, avanceret teknologi. AM og ISRU vil begrænse vores logistiske afhængighed af Jorden og tillade meget af hvad en Månebase skal bygges ud af ressourcer, der er tilgængelige på Månen; nemlig selve månestøvet.
"3D-udskrivning tilbyder et potentielt middel til at lette månens afvikling med reduceret logistik fra Jorden." -Scott Hovland fra ESAs menneskelige rumfarteam.
Til sidst, ifølge ESA, kan en lang række materialer og udstyr, der er nødvendige til en Månebase, 3D-printes, når og hvor det er nødvendigt. Alt fra byggematerialer til solpaneler, udstyr og værktøj til tøj kan potentielt 3D-trykkes på månen. Det er muligt, at selv næringsstoffer og fødevareingredienser kunne leveres ved 3D-udskrivning.
3D-udskrivning sænker ikke kun prisen på en Månebase, det gør hele virksomheden mere lydhør og tilpasses. Månens regolit kan ikke kun bruges til at fremstille så mange af strukturer og genstande som muligt, det kan bruges til at genanvende og genbruge genstande, der er bragt fra Jorden.
Projektet "Conceiving a Lunar Base ..." ser en trefaseplan for en månebase, der er meget afhængig af 3D-udskrivning:
- Fase 1: Overlevelig. Dette adresserer det grundlæggende behov for at give et lille besætning mulighed for at overleve på Månen, som boligkvarterer.
- Fase to: Bæredygtig. Dermed udvides Månebasen til at omfatte flere besætningsrum, fabrikationsområder og forskningsfaciliteter.
- Fase tre: operationel. I denne fase er Månebasen fuldt operationel og bygget til langvarig beboelse.
”De valgte printprocesser ville gøre det muligt for materialer at blive genanvendt til forskellige formål,” forklarer Antonella Sgambati fra OHB System AG, der administrerer projektet. ”En anden stor fordel ved 3D-udskrivning - også kendt som additivproduktion - er bredden af designmuligheder, det tillader. Komponenter, produkter og selve udskrivningsprocessen kan redesignes på grundlag af den tilsigtede endelige anvendelse i månebasen. Der kan træffes beslutning om, hvordan man bedst forbinder tilgængelige materialer med den hardware, der skal udskrives. ”
Projektets rødder spores tilbage til 2013, da ESA hyrede et arkitektfirma til at designe en struktur, der kunne modstå Lunar-miljøet. Kickeren var, at den skulle laves af månens jord, eller i dette tilfælde simulerede månejord. Arkitektfirmaet Foster og Partners konstruerede en 1,5 ton prøvebygning. Byggesten var en hul, lukket cellestruktur svarende til fugleben.
”Som en praksis er vi vant til at designe til ekstreme klimaer på Jorden og udnytte de miljømæssige fordele ved at bruge lokale, bæredygtige materialer,” bemærkede Xavier De Kestelier fra Foster + Partners Specialist Modelling Group. ”Vores månebeboelse følger en lignende logik.”
Forskere ved ESA eksperimenterer med simuleret måneregolit til 3D-udskrivning af små genstande som skruer og gear og endda en mønt. Regolitten er ikke for svær at simulere, og den indeholder ting som silicium, aluminium, calcium og jernoxider. Tilstedeværelsen af disse materialer betyder, at regolitten kan formes til brugbare former.
Selvfølgelig er det ikke så simpelt som at hælde måneskidt i en printer, og derefter kommer der meget tiltrængte genstande ud. Først slibes den simulerede månegregolit ned til partikelstørrelse. Derefter blandes det med et bindemiddel, der reagerer på lys. Objektet udskrives fra den resulterende blanding, udsættes derefter for lys for at hærde det og bages derefter til sidst i en ovn. Ifølge ESA er det færdige produkt som et stykke af Månestøvkeramik.
En af de mest interessante potentielle fremtidige anvendelser af 3D-udskrivning i rumfartsundersøgelser er inden for det medicinske område, og det kaldes 'bio-printing'. Astronauter, der gik til månen på Apollo-missionerne, var væk i cirka 12 dage og tog et lille førstehjælpskit med sig. Men for den slags langtidsophold, som astronauter ved Månebasen vil udholde, vil et sandsynligvis større medicinsk pleje være nødvendigt.
”Vi spørger, hvad astronauter har brug for på kort, mellemlang og lang sigt, og hvilke trin der er nødvendige for at modne 3D-bioprint til et niveau, hvor det kan være nyttigt i rummet.” - Tommaso Ghidini, leder af ESA's afdeling for strukturer, mekanismer og materialer.
ESA undersøger 3D-udskrivning, og hvordan det kan hjælpe med at yde medicinsk behandling af astronauter på Månen eller andre steder. Astronauter, der våger sig dybt ud i rummet, kunne modtage medicinske behandlinger ved hjælp af 3D-trykt hud, knogler og - en dag - hele organer, ifølge en førende gruppe af 3D-bioprintereksperter, der samlet sig på et to-dages ESA-værksted for medicinsk 3D-udskrivning.
Denne idé drejer sig om ideen om 'bio-blæk'. De er baseret på humane celler, og de næringsstoffer og materialer, der er nødvendige for at vokse op igen som kropsvæv som hud, knogler og brusk. Længere ind i fremtiden er ideen om at udskrive hele organer. Dette er temmelig spekulativt på dette tidspunkt, men medicinsk 3D-udskrivning vil sandsynligvis komme der på et tidspunkt i fremtiden.
”Vi spørger, hvad astronauter har brug for på kort, mellemlang og lang sigt, og hvilke skridt der er nødvendige for at modne 3D-bioaftryk til et niveau, hvor det kan være nyttigt i rummet,” sagde Tommaso Ghidini, leder af ESAs strukturer, mekanismer, og materialedivision. ”Vi definerer en udviklingsplan og en tidslinje med det mål, at denne gruppe bliver en videnskabelig arbejdsgruppe i fremtiden og skubber fremskridt.”
3D-bioprint gør det muligt for isolerede besætninger i rummet at forberede sig på et større antal nødsituationer, end det er muligt med den nuværende teknologi. I rummet, eller på månen eller en anden planet, er rummet i boligkvarterer præmie. Et fuldt lager medicinsk center er en luksus astronauter vil sandsynligvis ikke have råd til. ESA bruger en forbrændingskade som eksempel for at illustrere fordelene ved 3D-bioprint.
Alvorlige forbrændingsskader behandles typisk ved hjælp af hudtransplantater andetsteds på en patients krop. Dette involverer en sekundær skade på det transplanterede område, langt fra ideel, når forskning viser, at orbitalmiljøet gør sår sværere at heles. I stedet kunne ny hud dyrkes og bioprintes fra patientens egne celler og derefter transplanteres direkte.
Der er voksende entusiasme i ESA for en månebase. Det er det næste logiske skridt og komplementerer Deep Space Gateway som et udgangspunkt for yderligere udforskning af solsystemet. Der er en række teknologier, der fremhæver hele bestræbelserne på, hvor additiv fremstilling eller 3D-udskrivning kun er en. Men i øjeblikket skal testningen af de fleste af disse teknologier finde sted her på Jorden, i miljøer, der simulerer vigtige aspekter af månemiljøet.
Nogle af disse teknologier testes ved ESAs Pangea-X Moon-base på Lanzarote på De Kanariske Øer. Lanzarote er den perfekte ramme til at teste nogle af de geologiske aspekter af en mission til Månen eller til Mars. Specifikt vil det teste teknologier til udtagning af stenprøver.
Selv noget, der virker så enkelt som at tage stenprøver, er forvirret af flere vanskeligheder i et rummiljø. Især kommunikationsforsinkelser kan gøre alt mere udfordrende. Et eksperiment i sidste uge kaldet Analog-1 testede videnskab, operationer og kommunikationsaspekter af en efterforskningsmission. ESA-astronaut Matthias Maurer vil være placeret ved Pangea-X og vil fjernpilotere en rover beliggende i Holland. For at gøre dette vil han gøre brug af teknologi kaldet en elektronisk feltbog.
Den elektroniske feltbog er et værktøj, der integrerer positionering i realtid, datadeling, stemmechats og meget mere. Det er et tørt løb for et eksperiment, som ESA-astronauten Luca Parmitano udfører næste år fra den internationale rumstation. Feltbogen giver ekspertforskere mulighed for at guide astronauter til at samle de bedste prøver.
Uanset om det er 3D-udskrivning af strukturer, biomedicinsk 3D-udskrivning eller alle de andre teknologier, der skal udvikles og perfektioneres, er det klart, at ESA har øjnene på en Månebase.
- ESA Pressemeddelelse: Future Moon Base
- ESA Pressemeddelelse: Pangea-X Moon base
- ESA Pressemeddelelse: 3D-udskrivning af hud, knogler og kropsdele, der undersøges for fremtidige astronauter
- ESA Pressemeddelelse: Bygning af en månebase med 3D-udskrivning
