路易斯安那州立大學將利用硫磺和風化層3D打印技術支持NASA重返月球

2024年1月5日，南極熊獲悉，NASA與路易斯安那州立大學（LSU）攜手展開一項新項目，旨在利用月球材料和3D打印技術來支持美國的重返月球計劃。NASA的阿耳忒彌斯3號（Artemis III）登月任務將于2025年執(zhí)行。

△LSU大學助理教授兼3D打印建筑專家Ali Kazemian與NASA調查員

重返月球并建立基地

為了實現(xiàn)這一目標，路易斯安那州立大學助理教授、3D打印建筑專家Ali Kazemian正在與NASA的調查員Michael Fiske和Jennifer Edmunson合作，皆在利用月球原生材料、硫磺和風化層開發(fā)3D打印的無水混凝土。

這個名為 "使用3D打印無水混凝土在月球和火星上進行行星機器人建造 "的項目獲得了美國國家科學基金會（NSF）20萬美元的資助。該項目計劃于2024年1月1日開始，預計2025年12月31日結束。

△美國國家航空航天局（NASA）阿耳忒彌斯3號（Artemis III）登月任務

3D打印技術與原位資源利用

雖然，目前已經(jīng)出現(xiàn)了利用外星材料進行建筑的多種技術，但這一舉措在幾個方面與眾不同。首先，該項目的核心目標在于開發(fā)硫風化層混凝土（SRC），其核心特點是采用熔融硫磺作為粘合劑，同時利用月球風化層（也就是原生月球土壤）作為填充物。據(jù)研究人員表明，這種組合具備了非常適合太空建設的特性，包括卓越的機械強度、快速硬化以及對酸性和鹽水環(huán)境的良好適應性。

Kazemian表示：“我們的目標是在月球上利用月球資源和大規(guī)模的3D打印技術進行機器人建造�？紤]到從地球運輸原材料的成本十分高昂，因此唯一實際的方法是利用月球和火星上已有的資源來進行建造。這就是為何使用硫風化層混凝土（SRC）進行3D打印變得極具吸引力。另一方面，水泥混凝土（這是地球上最常用的建筑材料之一）在月球上的生產(chǎn)將變得極其復雜，還需要大量的水資源，而這些水資源本可以用于生命支持系統(tǒng)或者其它探索活動�！�

該項目主張利用月球和火星上容易獲取的材料的理念。這與未來太空探索、原位資源利用（ISRU）以及可持續(xù)發(fā)展目標完美契合，為自給自足的月球棲息地和建筑結構鋪平了道路。

△LSU大學教授Ali Kazemian在實驗室內為3D打印機裝載文件

創(chuàng)新中心的3D打印技術

Ali Kazemian的實驗室（更為人所知的是路易斯安那州立大學Bert S. Turner施工管理系的rəcast實驗室）處于建筑3D打印領域前沿研究的前沿。該項目由多學科合作進行。創(chuàng)造了學術研究和實際太空應用之間的動態(tài)協(xié)同作用。這種合作有望加速創(chuàng)新建筑技術的發(fā)展，同時確保研究仍然緊密圍繞太空探索的現(xiàn)實。

LSU-NASA項目計劃在模擬行星條件下對3D打印的SRC樣本進行全面測試。這包括使材料承受極端的溫度波動、接近真空的條件，甚至模擬微隕石的撞擊。通過解決這些關鍵的知識差距，該項目計劃深化我們對這些材料在月球和火星的挑戰(zhàn)性環(huán)境中的表現(xiàn)理解。

同時，LSU-NASA項目還非常重視教育。它為研究生、本科生和高中生提供了使用先進建筑技術的平臺。通過激勵和培訓下一代工程師和科學家，該計劃有助于培養(yǎng)未來太空探索所需的人才。

△路易斯安那州立大學教授Ali Kazemian實驗室內的3D打印機

Ali Kazemian實驗室另一個引人注目的項目是“邁向可持續(xù)機器人建筑：使用采石場副產(chǎn)品和低波特蘭水泥含量的混凝土3D打印”，皆在通過研究使用采石場副產(chǎn)品和低波特蘭水泥含量的3D打印混凝土，有效減少建筑的碳排放。該項目由路易斯安那州董事會在2023年至2026年資助。