2022年6月26日，作為2022年小型企業(yè)(yè)創(chuàng )(chuàng)新研究(SBIR)和小型企業(yè)(yè)技術(shù)轉讓 (STTR) 計劃的一部分， NASA正在資助 20 多項與 3D 打印相關(guān)的提案。其中一個(gè)項目由南加州大學(xué)(USC) 的衍生公司Contour Crafting 提出，這是一家致力于開(kāi)發(fā)(fā)顛覆性建筑技術(shù)初創(chuàng )(chuàng)公司。該公司希望通過(guò)NASA的STTR計劃，調整其新型材料運輸系統(tǒng)，以期在月球表面運輸風(fēng)化層和巖石等建筑材料。

這個(gè)新系統(tǒng)被描述為Contour Crafting公司CrafTram技術(shù)的一個(gè)特殊版本，預計它可以自主地移動(dòng)月球上的石料，所使用的能源只是傳統(tǒng)裝載機或卡車(chē)的一小部分，并且這些常規(guī)運輸機器只能空車(chē)回程。相反，CrafTram 將消除這種對往返運輸車(chē)輛的需要。到達現(xiàn)場(chǎng)后，該平臺可以以最小的磨損平穩(wěn)運行，不受沙地或巖石地形的影響，并且可以在不同的高度（包括陡峭的上坡或下坡道路）之間運輸材料。

對于 CrafTram，ContourCrafting 將與南加州大學(xué)維特比工程學(xué)院(VSOE) 展開(kāi)合作，展示這種用于月球表面場(chǎng)地準備的自動(dòng)化技術(shù)如何幫助 NASA 開(kāi)展其風(fēng)化層工作活動(dòng)，包括建造發(fā)(fā)射和著(zhù)陸區(qū)、硬化著(zhù)陸墊、改善通行路徑和輻射屏蔽結構。

月球基地材料

盡管我們對3D 打印技術(shù)在月球和其他行星上實(shí)施的可能性了解不多，但專(zhuān)家們知道，地球外的建筑結構將與我們成長(cháng)過(guò)程中的任何傳統(tǒng)建筑大不相同。幾年來(lái)，風(fēng)化層被認為是月球和火星上打印結構的潛在主要建筑材料，主要是因為它的資源豐富性。已經(jīng)(jīng)有幾項提議要通過(guò)挖掘和獲取月球風(fēng)化層材料以進(jìn)行建設，因此創(chuàng )(chuàng)造運輸這種材料的技術(shù)似乎是在月球殖民競賽中的下一個(gè)基本步驟。

土方設備等傳統(tǒng)解決方案消耗大量能源，并且必須空載單向行駛。此外，它們的體積使得將機器運送到月球表面非常昂貴。這就是為什么 Contour Crafting 提出的特殊 CrafTram 具有多種可能性的原因。首先，它是一個(gè)超輕量級的概念，可折疊成一個(gè)小的空間信封，便于運輸?shù)皆慮蟣礱?。一旦到了那里，它就可以自我轉變?yōu)樗牟渴鸚問(wèn)?，以便在行星建筑工地進(jìn)行自主操作。

△Contour Crafting 的增材施工技術(shù)。Contour Crafting 使用的精密擠壓技術(shù)。圖片由 Contour Crafting 提供。

但是，著(zhù)手開(kāi)發(fā)(fā)用于殖民地球月球及其他地區(qū)的技術(shù)并非易事。ContourCrafting 將為這個(gè)新項目設計 CrafTram 系統(tǒng)，并創(chuàng )(chuàng)建一個(gè) TRL（技術(shù)準備水平）4級功能的1/3比例原型。研究層面的擬議工作還包括分析和設計一個(gè)稱(chēng)為護堤的示范結構，該結構保護著(zhù)陸墊周?chē)沫h(huán)(huán)境免受宇宙飛船起飛或著(zhù)陸產(chǎn)(chǎn)生的爆炸飛濺物的影響。

根據(jù)提案，護堤的分析和設計將由南加州大學(xué) VSOE 教授 Lucio Soibelman 的結構和材料研究實(shí)驗室(SMRL) 完成。在第一階段結束時(shí)，Contour Crafting 和 SMRL 都將展示 CrafTram 概念的縮小版本，運輸材料并用風(fēng)化層模擬材料建造 ? 規(guī)模的月球護堤結構。

這項合作努力的目標與 NASA 的Artemis 任務(wù)直接一致，該任務(wù)旨在在接下來(lái)的幾十年中建立第一個(gè)月球基地和月球商業(yè)(yè)圈。然而，在此應用之外，CrafTram技術(shù)可以作為通用材料運輸系統(tǒng)，用于其他登月任務(wù)，以及未來(lái)的火星任務(wù)。

△月球建造過(guò)程概念圖

建筑增材制造的歷史

Contour Crafting 由南加州大學(xué) VSOE 教授 Behrokh Khoshnevis 創(chuàng )(chuàng)立，標志著(zhù)二十多年前建筑 3D 打印的開(kāi)始。借助Khoshnevis 開(kāi)創(chuàng )(chuàng)性的建筑規(guī)模 3D 打印理念，這家初創(chuàng )(chuàng)公司以開(kāi)發(fā)(fā)大規(guī)模 3D 打印技術(shù)而聞名，其中包括旗艦產(chǎn)(chǎn)品 CrafTrans，這是一種可變形且可快速部署的建筑 3D 打印機。Khoshnevis 是NASA 創(chuàng )(chuàng)新先進(jìn)概念(NIAC) 研究員，自 2004 年以來(lái)一直在該機構的支持下開(kāi)發(fā)(fā)行星建造技術(shù)。他在這些研發(fā)(fā)工作中取得的成就為他贏(yíng)得了 2014 年和 2016 年在NASA 贊助的國際比賽中的兩項大獎。其中一項認可是一項可以利用當?shù)匭行遣牧顯讜慮蠔突鸚巧轄ㄔ旖Y構的技術(shù)，該技術(shù)使用一種系統(tǒng)設計用于自主建造著(zhù)陸場(chǎng)和道路，以及制造聯(lián)(lián)鎖磚和其他物體，如金屬工具和備件.

事實(shí)上，Contour Crafting 獲得 NASA 資助的最新項目提案可能是利用了過(guò)去屢獲殊榮的技術(shù)和就地資源利用的大部分。如果成功，CrafTram 可以進(jìn)入第二階段資金以開(kāi)發(fā)(fā)規(guī)模原型以及其他后續(xù) SBIR/STTR 后第二階段的機會(huì )。作為 NASA 2022 年 SBIR和 STTR 獲獎提案的一部分，ContourCrafting 并不是唯一一家提交月球建造技術(shù)的公司。其他選定的項目包括由Astroport和德克薩斯大學(xué)圣安東尼奧分校開(kāi)發(fā)(fā)的用于建造月球發(fā)(fā)射和著(zhù)陸臺的 BrickLayer 系統(tǒng)，以及 Cislune 提出的一套用于提取和處理用于建筑結構的風(fēng)化層的技術(shù)。在接下來(lái)的十年中，我們預計其中一些技術(shù)將會(huì )成熟，以便它們可以在地球以外的條件下運行，尤其是在阿爾忒彌斯登月任務(wù)開(kāi)始后。

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