Το κόστος των διαστημικών αποστολών είναι υψηλό, ιδιαίτερα όταν πρόκειται για φιλόδοξες, πολύπλοκες, επανδρωμένες αποστολές μεγάλης διάρκειας, όπως αυτές που προγραμματίζονται τώρα προς τη Σελήνη και τον Άρη. Είναι πρακτικά και οικονομικά αδύνατο να κατασκευαστούν όλα τα εργαλεία και τα εξαρτήματα που θα χρησιμοποιηθούν κατά τη διάρκεια της αποστολής εκ των προτέρων και να μεταφερθούν από τη Γη στον προορισμό της αποστολής. Για τη μείωση του κόστους και τη διευκόλυνση της αποστολής έχει προταθεί να χρησιμοποιούνται υλικά που βρίσκονται ήδη στον προορισμό της αποστολής, ως πρώτη ύλη για 3D εκτύπωση εργαλείων και εξαρτημάτων.
Ομάδα ερευνητών του Washington State University χρησιμοποίησε υλικό που προσεγγίζει τις ιδιότητες του ρηγόλιθου της επιφάνειας του Άρη, σε διάφορες συγκεντρώσεις, για να κατασκευάσει εργαλεία με 3D εκτύπωση. Στη συνέχεια, μελετήθηκαν τα χαρακτηριστικά και η αντοχή των νέων αυτών εργαλείων. Η μελέτη υποστηρίχθηκε από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών των ΗΠΑ, ενώ τα αποτελέσματά της δημοσιεύτηκαν τον Ιούλιο του 2022 στο International Journal of Applied Ceramic Technology.
Εικόνα: NASA
Ο επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας, Amit Bandyopadhyay, έχει ασχοληθεί και παλαιότερα με την εφαρμογή της ιδέας αυτής. Συγκεκριμένα, το 2011 παρουσίασε για πρώτη φορά πώς θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν πετρώματα από την επιφάνεια της Σελήνης ως πρώτη ύλη για την κατασκευή λειτουργικών εργαλείων, με χρήση 3D εκτύπωσης, στο πλαίσιο έρευνας χρηματοδοτούμενης από τη NASA. Από τότε, διαστημικές υπηρεσίες έχουν υιοθετήσει την τεχνική αυτή, ενώ ερευνητικές ομάδες διεξάγουν πειράματα με σκοπό τη μελέτη και την τελειοποίησή της.
Στην πρόσφατα δημοσιευμένη μελέτη του Washington State University, χρησιμοποιήθηκε μείγμα αποτελούμενο από υλικό που προσομοιάζει του ρηγόλιθου της επιφάνειας του Άρη και κράμα τιτανίου, το οποίο χρησιμοποιείται συχνά σε διαστημικές αποστολές, λόγω της ανθεκτικότητάς του και της αντοχής του σε υψηλές θερμοκρασίες. Μάλιστα, έγιναν δοκιμές με διαφορετικές συγκεντρώσεις του ρηγόλιθου στο μείγμα, από 5% έως 100%. Τα υλικά θερμάνθηκαν στους 2000 βαθμούς Κελσίου με χρήση λέιζερ υψηλής ισχύος και στη συνέχεια τοποθετήθηκαν σε μία κινούμενη πλατφόρμα, δημιουργώντας διάφορα μεγέθη και σχήματα. Μετά την ψύξη των υλικών, οι ερευνητές δοκίμασαν την ανθεκτικότητα των εργαλείων με διαφορετικές συγκεντρώσεις ρηγόλιθου.
Εικόνα: Ali Afrouzian, Kellen D. Traxel, Amit Bandyopadhyay
Το κεραμικό υλικό που κατασκευάστηκε από 100% σκόνη ρηγόλιθου ράγισε κατά την ψύξη του, οπότε θεωρήθηκε ακατάλληλο για την κατασκευή εργαλείων. Ωστόσο, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για άλλους σκοπούς, όπως η κατασκευή επικαλύψεων για ασπίδες ακτινοβολίας, καθώς οι ρωγμές δεν συνιστούν πρόβλημα σε τέτοιες εφαρμογές. Από την άλλη, το μείγμα με ρηγόλιθο 5%, όχι μόνο δεν παρουσίασε ρωγμές ή φυσαλίδες κατά την ψύξη του, αλλά εμφάνισε ακόμη καλύτερες ιδιότητες από το κράμα τιτανίου χωρίς ρηγόλιθο. Συνεπώς, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή ελαφρύτερων εργαλείων και εξαρτημάτων με μεγάλη ανθεκτικότητα και αντοχή σε βαριά φορτία.
Η μεταφορά υλικών στο διάστημα είναι εξαιρετικά δαπανηρή. Για παράδειγμα, κοστίζει περίπου 54.000 δολάρια για να μεταφερθεί μόνο ένα κιλό ωφέλιμου φορτίου σε τροχιά γύρω από τη Γη. Η κατασκευή εργαλείων και εξαρτημάτων στο διάστημα ή στον πλανήτη-στόχο της αποστολής, θα εξοικονομούσε βάρος και χρήματα. Επίσης, σε περίπτωση φθοράς κάποιου εργαλείου ή εξαρτήματος οι αστροναύτες θα χρειάζονταν έναν τρόπο να το επισκευάσουν επί τόπου.
Η πρακτική της 3D εκτύπωσης για κατασκευή εργαλείων και εξαρτημάτων κατά τη διάρκεια διαστημικών αποστολών ήδη έχει υιοθετηθεί από αρκετούς οργανισμούς και χρησιμοποιείται στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS). Συνεχίζεται η έρευνα για τον τρόπο με τον οποίο θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν πετρώματα της Σελήνης και του Άρη ως πρώτη ύλη, δοκιμάζοντας διαφορετικά κράματα πετρωμάτων και διαφορετικές τεχνικές 3D εκτύπωσης.
