Американские ученые напечатали прототип колеса для лунохода на 3D-принтере
Специалисты Ок-Риджской национальной лаборатории ORNL, которая является крупнейшим научно-исследовательским учреждением при Министерстве энергетики США, вывели аддитивное производство на новый уровень. Ученые создали прототип колеса для лунохода с помощью 3D-принтера, используя те же конструкторские решения, которые применялись НАСА при разработке ровера VIPER. Таким образом, они успешно продемонстрировали технологию изготовления деталей, необходимых для исследования космоса.
Аддитивные технологии представляют собой метод изготовления трехмерных объектов, деталей или вещей, основанный на поэтапном добавлении материала: пластика, металла, бетона, а в будущем, возможно, и человеческой ткани. Из-за послойного создания изделия такой способ также называют «выращиванием». Подобные трехмерные объекты изготавливаются с помощью 3D-принтеров. По словам американских ученых, аддитивное производство поможет не только сократить потребление энергии, материальные потери и время изготовления, но также усложнит саму конструкцию изделия и адаптирует свойства материала.
Один из таких объектов — прототип колеса для лунохода — был напечатан специалистами ORNL на демонстрационном заводе MDF осенью 2022 года. 3D-принтер размером с человека был оснащен двумя лазерами и вращающейся монтажной пластиной для расплавления металлического порошка в заданную форму. Создание прототипа колеса проходило в несколько этапов: сначала на неподвижную пластину наносился слой порошка, затем лазер выборочно расплавлял его, пока еще пластина не успевала опуститься, и процесс повторялся снова.
«Это значительно увеличивает скорость производства при той же мощности лазера. И это только малая часть того, на что способна система. Я действительно считаю, что за лазерной печатью будущее, особенно в крупномасштабном и массовом производстве», — выразил уверенность ответственный за разработку в MDF новых систем лазерного напыления в порошковом слое Питер Ванг.
Несмотря на уникальность 3D-принтера, ключом к успеху проекта стал опыт исследовательской группы в области автоматизации процессов и управления станками. Они использовали ПО, разработанное в ORNL, чтобы «разрезать» дизайн колеса на вертикальные слои, а затем распределить нагрузку между двумя лазерами для равномерной печати. Прототип колеса изготовлен из сплава на основе никеля, его ширина составляет 0,2 метра, а диаметр — 0,5 метра. Причем благодаря аддитивным технологиям ученым удалось повысить сложность конструкции механизма без дополнительных затрат или производственных сложностей.
Для сравнения: четыре колеса VIPER потребовали множества производственных процессов и этапов сборки. Так, в частности, обод колеса лунохода, состоящий из 50 деталей, удерживается за счет 360 заклепочных соединений. Поэтому если испытания НАСА докажут, что прототип, напечатанный на 3D-принтере, столь же прочен, как и обычные механизмы, то будущие роверы могли бы использовать всего один напечатанный колесный обод, на изготовление которого ушло бы около 40 часов.
Ожидается, что прототип колеса для лунохода протестируют либо в Космическом центре имени Линдона Джонсона, либо на контрактном испытательном объекте, где будут воссозданы условия лунного грунта. Специалисты оценят маневренность механизма, его сопротивление повороту, боковое проскальзывание, подъем по склону и другие показатели.
Хотя прототип колеса разрабатывали в соответствии с теми же конструктивными требованиями, что и механические приспособления для ровера VIPER, он не будет использоваться в предстоящей лунной миссии НАСА. В 2024 году агентство планирует отправить свой луноход с целью поиска полезных ископаемых и водяного льда в постоянно затененных областях в районе Южного полюса спутника Земли. Ученые надеются, что миссия VIPER поможет определить происхождение лунной воды и возможность ее использования прямо «на месте».
