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月球工厂的入门套件


纤维基材料适合用来建造未来的月球基地。在“MoonFibre”(月球纤维)这一项目中,研究人员研发出一套可在极端环境条件下生产连续玻璃纤维的微型系统。
如今,我们已经相当了解月球,甚至对它的另一面也颇有研究。2019年,一颗由中国发射的探测器首次登陆月球背面。欧洲航天局 (ESA) 和美国国家航空航天局 (NASA) 也在紧锣密鼓地筹备新的月球探测计划。但向月球运送物资代价十分高昂。仅仅将一升水运送到月球上,就需要花费一百万美元。而要建设一个国际空间站 (ISS) 大小的空间平台,光是运输建筑材料一项,成本就高达4500亿美元。因此,位于地外环境中的基础设施应当使用在本地可以取得的材料进行建造。月球表面遍布瓦砾、碎屑和灰尘。月球上的岩石疏松且多孔,属于一种风化岩层,其化学成分类似于玄武岩。而玄武岩非常适合用于生产矿物纤维。
德国亚琛工业大学 (RWTH) 的结构力学和轻量化设计研究院 (SLA) 以及纤维和纺织技术研究院 (ITA) 联合研发出一套用于生产矿物纤维的自动化微型纺纱工艺设备。科学家们利用对阿波罗探测器和月球号探测器所采集土壤样本进行分析后得到的数据,制造出与月球表面风化岩层类似的材料,并使用此材料纺织出仅17微米粗的纤维。
用途广泛
沿袭玻璃纤维生产设施的基本结构,研究人员对矿物纤维制造工艺进行了简化和改进,并将整个工艺流程整合到一个采用碳纤维增强材料制成的、40厘米见方的立方体中。在这个立方体中,将来能够以1,450°C的高温将月岩熔化成玻璃,并通过结晶器底部的喷嘴将熔融状态的玻璃拉制成连续纤维。最后将连续纤维卷绕到线盘上。“iBlock”的预期生产速度可以达到每小时生产180千米的纤维材料。
传统纺织工艺会受到重力和气压的影响。因此,实现此项工艺的困难之处在于如何适应月球上的生产条件。除了引力较小之外,在设计这套系统时还必须考虑比如极端的温度波动等条件。
在建造月球基地时,以风化岩层为原材料制成的玻璃纤维用途十分广泛:用于生产以混凝土和矿棉或纺织物为基体材料的纤维增强结构,这种纤维增强结构又可以进一步用来制造服装、医疗设备、绳索和电缆。利用羊毛材料和无纺布可以制成过滤器、隔热或隔音以及防辐射材料。人们甚至还计划以月球纤维为基材来种植植物。
可扩展为成套系统
这个重量只有17公斤的立方体可以扩展为一套系统或一间小型工厂。此时,多个可通过接口进行交互的单元将承担起不同的职责。在德国航空航天中心 (DLR) 内进行的一项关于月球基地建设的研究中,月球纤维便是其核心的部分。
2020年7月,MoonFibre团队前往瑞士卢塞恩参加由瑞士航天中心牵头举办的ESA IGLUNA项目,并成为三个获奖团队之一。顺便说一句:绕线机和导线装置均通过无刷盘式电机EC 45 flat和EC 20 flat(后者扩展配备了行星齿轮箱)进行驱动。高度调节则由另一台执行器进行控制,这台执行器包括一台有刷DCX 19 S电机、一个低空回行星齿轮箱和一个用于定位的ENX增量式编码器。
青年工程师计划
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