不僅在地球上，開發(fā)太空也需要堅持“可持續(xù)發(fā)展”！

近年來，全球商業(yè)航天的興起不斷推動著“進入太空”成本的降低，尤其是伊隆·馬斯克旗下的SpaceX公司已經(jīng)通過獵鷹9號火箭將LEO（近地軌道）的發(fā)射成本從數(shù)萬美元/公斤拉低至幾千美元/公斤，未來一旦Starship（星艦）可以投入使用，成本再減少一個數(shù)量級也將使大概率事件。

可雖然新的航天器和發(fā)射技術提供了更高的有效載荷能力、可重復使用性和更好的燃料效率，但人類要想大規(guī)模的開發(fā)太空，一個必須攻克的難關就是在長達數(shù)年的深空任務中維持（建造、維修和更新）設備和重要技術。

換句話說，長時間的空間任務需要改變以往“物資”皆由地面運送而來的思維模式，轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)太空經(jīng)濟的高度可持續(xù)發(fā)展。

在這一過程中，在太空制造和設計方面的創(chuàng)新為解決方案提供了思路，可以幫助人類向月球、火星和更遠的太空進行探索。

▍零重力下的3D打印

目前，國際空間站（ISS）上的宇航員還是要依靠貨物補給任務從地球上運送零件和工具，經(jīng)常要等待幾個月才能得到關鍵的補給和維護。

然而，隨著人類進一步進入太陽系，補給任務將變得越來越復雜和昂貴。宇航員將需要按要求自己制作工具、備件和其他材料，既要滿足日常的需要，又要應對不可預見的事件。

但是現(xiàn)在，隨著增材制造的使用，這種等待可能會大大改善。增材制造是一種從數(shù)字模型轉(zhuǎn)換成3D打印部件的方法。3D打印通常被視為最可持續(xù)的技術之一，它大大減少了在軌道上制造部件所需的時間和成本。

2014年，美國宇航局（NASA）和合作伙伴NewSpace在太空中測試了其第一個3D打印的擠壓板，并證明微重力對工程過程沒有重大影響，在載人飛船環(huán)境中是安全的。

國際空間站上安裝3D打印機

從那時起，NASA在國際空間站的增材制造工作主要集中在聚合物或塑料的打印。美國宇航局目前正在與商業(yè)航天公司合作開發(fā)太空金屬打印能力，并將陶瓷打印作為未來的一個目標。

在太空中進行打印的好處是顯而易見的，不僅可以減少時間，還可以提高任務的可靠性，同時限制成本并釋放航天器上的空間。

美國宇航局馬歇爾太空飛行中心（Marshall Space Flight Center）的3D打印項目經(jīng)理Niki Werkheiser曾經(jīng)說過：“即使對于空間站來說，它也會降低風險，減少成本。而對于長期任務和太空探索來說，它更是一項關鍵技術?！?/p>

在未來，它也可能有更關鍵的應用，例如在其他星球上“打印”出空間棲息地和遙遠的前哨站。最終，3D打印將改變我們在太空中維持存在的關鍵技術。

▍空間回收和再利用技術

要使3D打印在長期的太空飛行中取得成功，回收技術是至關重要的。按需制造需要回收材料以維護關鍵系統(tǒng)、棲息地和任務后勤。

將回收的材料用于3D打印的原料可以使未來的長期探索任務免于攜帶大量此類材料，從節(jié)省高昂的成本和負擔。

國際空間站上的Braskem Recycler就是一個這樣的設施，它通過半自動的技術展示了空間回收的力量。

Braskem Recycler

它在太空中創(chuàng)建了一個閉環(huán)制造系統(tǒng)，將塑料廢料轉(zhuǎn)化為原料，再用于3D打印工具。此外，該設施可用于材料的再利用，以幫助解決現(xiàn)在或未來載人太空探索任務中出現(xiàn)的問題。

而ERASMUS是新一代的創(chuàng)新，它整合了3D打印、塑料回收和干熱滅菌能力。然后，該系統(tǒng)接受以前使用過的塑料垃圾和部件，對這些材料進行消毒，并將其回收為食品級和醫(yī)療級的3D打印機長纖絲。因此，這些物體包括食品和醫(yī)療安全的物品。

這些技術結合在一起，保障了深空探索者可以持續(xù)生活和獲得補給，畢竟這些物資是無法經(jīng)由地面送到離地球這么遠的地方的。

▍機器人制造和自我修復

在火星任務中，如果關鍵的計算機或系統(tǒng)在半路上壞了，后果將不堪設想！幸運的是，制造商NewSpace預見到了未來可能出現(xiàn)的技術故障。

太空機器人制造就是一項應運而生的顛覆性技術，它將徹底改變我們進入太空的方式，有助于在軌道上創(chuàng)建大型關鍵任務結構，并保持隨著時間推移自我修復和重新配置的能力。

例如，Archinaut平臺是一個技術套件，它將增材制造與機器人組裝結合起來，用于大型復雜結構的遠程太空建造。

Archinaut平臺

傳統(tǒng)上，大型永久性結構要么過于昂貴（價值數(shù)十億美元），要么建造和發(fā)射不切實際，需要10到12年才能建造和部署完成。

與其發(fā)射一個大型復雜的結構，不如在太空中創(chuàng)建其組件，然后通過提供一個安全的平臺，讓其他高功能的模塊化任務特征附著在上面，這樣既節(jié)省了資金、時間，也降低了部署風險。

另外，Archinaut還將新技術整合到現(xiàn)有的結構中，加快了新興空間技術的固定和運行速度。在更新軟件的同時安裝和升級硬件，保持高水平的能力，而不需要重建或部署一個新的系統(tǒng)。

未來，我們可以將像衛(wèi)星這樣的平臺放置在戰(zhàn)略位置，并在新技術出現(xiàn)時對其進行升級。這種空間平臺是為快速更新和重新配置而設計的，并使太空運營商能夠迅速適應操作條件的變化和新出現(xiàn)的環(huán)境威脅。

▍一個可持續(xù)的太空生存框架

雖然太空制造仍處于起步階段，但它所承諾的可持續(xù)性突出了我們在太空中長期存在的可行路徑。在軌制造和裝配最終將成為長期太空飛行任務的工具，同時也能影響到能源利用、生物材料和食物的3D打印等領域。

雖然開發(fā)這些創(chuàng)新技術是一個巨大的挑戰(zhàn)，但預計到2030年，太空制造業(yè)將達到75億美元?？沙掷m(xù)的制造和設計將進一步加強我們在太空中的存在，也將維護和增強我們的能力，使我們能夠比以前走得更遠。