Vi vet alle at tiden er inne for en månebase. Men kostnadene for å sende alt som trengs fra Jorden for å bygge en base er uoverkommelige. Jordens tyngdekraftbrønn er for dyp og for sterk til å få alt der med raketter. Så hva er løsningen?
I følge ESA er løsningen Additive Manufacturing (AM) og In-Situ Resource Utilization (ISRU).
ESA leder et prosjekt for å finne måter AM eller 3D-utskrift kan brukes nå og i fremtiden for å gjøre en månebase mer mulig. Prosjektet heter "Conceiving a Lunar Base Using 3D Printing Technologies." Dette er den gamle pionerånden for å leve utenfor landet, men gjenoppstartet med moderne, avansert teknologi. AM og ISRU vil begrense vår logistiske avhengighet av Jorden og tillate mye av det en Månebase trenger å bygges ut av ressurser tilgjengelig på Månen; nemlig Månestøv i seg selv.
"3D-utskrift tilbyr et potensielt middel for å lette månens oppgjør med redusert logistikk fra jorden." -Scott Hovland fra ESAs menneskelige romfartsteam.
Etter hvert, i følge ESA, kan et bredt utvalg av materialer og utstyr som er nødvendig for en månebase, skrives ut 3D når og hvor det er behov for det. Alt fra byggematerialer til solcellepaneler, utstyr og verktøy til klær, kan potensielt 3D-trykkes på månen. Det er mulig at til og med næringsstoffer og matingredienser kan leveres ved 3D-utskrift.
3D-utskrift reduserer ikke bare kostnadene for en månebase, det gjør hele bedriften mer responsiv og tilpassbar. Lunar regolitten kan ikke bare brukes til å lage så mange av strukturer og gjenstander som mulig, den kan brukes til å resirkulere og gjenbruke gjenstander hentet fra Jorden.
Prosjektet "Conceiving a Lunar Base ..." ser en trefaseplan for en månebase som er veldig avhengig av 3D-utskrift:
- Fase én: Overlevelig. Dette adresserer det grunnleggende som er nødvendig for å la et lite mannskap overleve på Månen, som boligkvarter.
- Fase to: Bærekraftig. Dette ser på at månebasen utvides til å omfatte flere besetningskvartaler, fabrikasjonsområder og forskningsfasiliteter.
- Fase tre: operativ. I denne fasen er Månebasen fullstendig operativ og bygd for langvarig beboelse.
"De valgte utskriftsprosessene vil tillate resirkulering av tilgjengelig materiale til forskjellige formål," forklarer Antonella Sgambati fra OHB System AG, som leder prosjektet. ”En annen stor fordel med 3D-utskrift - ellers kjent som tilsetningsindustri - er bredden av designalternativer det tillater. Komponenter, produkter og selve utskriftsprosessen kan redesignes ut fra den tiltenkte endelige bruken i månebasen. Det kan tas avgjørelser om hvordan man best kan koble tilgjengelig materiale til maskinvaren som skal skrives ut. ”
Røttene til prosjektet spores tilbake til 2013, da ESA hyret inn et arkitektfirma for å utforme en struktur som kunne motstå Lunar-miljøet. Sparkeren var at den måtte lages av månegrun, eller i dette tilfellet simulerte månefjord. Arkitektfirmaet Foster and Partners konstruerte en byggeblokk på 1,5 tonn. Byggesteinen var en hul, lukket cellestruktur som ligner på fugleben.
"Som en praksis er vi vant til å designe for ekstreme klima på jorden og utnytte de miljømessige fordelene ved å bruke lokale, bærekraftige materialer," bemerket Xavier De Kestelier fra Foster + Partners Specialist Modelling Group. "Vår måneforhold følger en lignende logikk."
Forskere ved ESA eksperimenterer med simulert månegregolit for å 3D-trykke små gjenstander som skruer og gir, og til og med en mynt. Regolitten er ikke så vanskelig å simulere, og den inneholder ting som silisium, aluminium, kalsium og jernoksider. Tilstedeværelsen av disse materialene betyr at regolitten kan formes til brukbare former.
Selvfølgelig er det ikke så enkelt som å helle måneskitt i en skriver, og deretter kommer det mye tiltrengte gjenstander. Først blir den simulerte måneregolitten slipt ned til partikkelstørrelse. Så blandes det med et bindemiddel som reagerer på lys. Gjenstanden blir trykt fra den resulterende blandingen, deretter utsatt for lys for å herde den og deretter til slutt bakt i en ovn. I følge ESA er det ferdige produktet som et stykke Moon-dust-keramikk.
En av de mest interessante potensielle fremtidige bruksområdene av 3D-utskrift i romutforskning er innen medisinsk behandling, og det kalles 'bio-printing'. Astronauter som dro til månen på Apollo-oppdragene var borte i cirka 12 dager og tok med seg et lite førstehjelpsutstyr. Men for den typen langtidsopphold som astronauter ved Månebasen vil tåle, vil det sannsynligvis være nødvendig med et større nivå av medisinsk behandling.
"Vi spør hva astronauter vil trenge på kort, mellomlang og lang sikt, og hvilke trinn som trengs for å modne 3D-bioavtrykk til et nivå der det kan være nyttig i verdensrommet." - Tommaso Ghidini, leder for ESAs divisjon for strukturer, mekanismer og materialer.
ESA vurderer 3D-utskrift og hvordan det kan bidra til å gi medisinsk behandling for astronauter på Månen eller andre steder. Astronauter som våger seg dypt ut i verdensrommet kunne motta medisinske behandlinger ved hjelp av 3D-trykt hud, bein og - en dag - hele organer, ifølge en ledende gruppe 3D-bioprinting-eksperter som samlet seg på et to-dagers ESA-verksted for medisinsk 3D-printing.
Denne ideen dreier seg om ideen om ‘bio-blekk’. De er basert på menneskelige celler, og næringsstoffene og materialene som trengs for å vokse tilbake kroppsvev som hud, bein og brusk. Lenger inn i fremtiden er ideen om å trykke hele organer. Dette er ganske spekulativt på dette tidspunktet, men medisinsk 3D-utskrift vil sannsynligvis komme dit på et tidspunkt i fremtiden.
"Vi spør hva astronauter vil trenge på kort, mellomlang og lang sikt, og hvilke trinn som trengs for å modne 3D-bioavtrykk til et nivå der det kan være nyttig i verdensrommet," sier Tommaso Ghidini, leder for ESAs strukturer, mekanismer, og materialdivisjon. "Vi definerer et veikart og en tidslinje for utvikling, med det mål at denne gruppen blir en vitenskapelig arbeidsgruppe i fremtiden, og presser fremdriften videre."
3D-bioutskrift lar isolerte mannskaper i verdensrommet forberede seg på et større antall nødssituasjoner enn det som er mulig med dagens teknologi. I verdensrommet, eller på månen eller en annen planet, er rommet inne i boligkvarterene førsteklasses. Et fullt lager medisinsk senter er en luksuriøs astronauter vil ha lite sannsynlighet for å ha råd til. ESA bruker en forbrenningsskade som eksempel for å illustrere fordelene ved 3D-bioutskrift.
Alvorlige brannskader behandles vanligvis ved hjelp av hudtransplantasjoner fra andre steder på pasientens kropp. Dette innebærer en sekundær skade på det transplanterte området, langt fra ideelt når forskning viser at omkretsmiljøet gjør sår vanskeligere å leges. I stedet kunne ny hud dyrkes og biotrykkes fra pasientens egne celler og deretter transplanteres direkte.
Det er økende entusiasme i ESA for en månebase. Det er det neste logiske trinnet, og kompletterer Deep Space Gateway som et avkjøringspunkt for videre utforskning av solsystemet. Det finnes en rekke teknologier som fremmer hele forsøket, hvorav Additive Manufacturing, eller 3D-utskrift, bare er en. Men foreløpig må testingen av de fleste av disse teknologiene finne sted her på jorden, i miljøer som simulerer viktige aspekter av månemiljøet.
Noen av disse teknologiene blir testet ved ESAs Pangea-X Moon-base på Lanzarote på Kanariøyene. Lanzarote er den perfekte omgivelsen for å teste noen av de geologiske aspektene ved et oppdrag til Månen eller til Mars. Konkret vil den teste teknologier for å ta steinprøver.
Selv noe som virker så enkelt som å ta steinprøver blir forvirret av flere vanskeligheter i et romfartsmiljø. Spesielt kan forsinkelser i kommunikasjonen gjøre alt mer utfordrende. Et eksperiment forrige uke kalt Analog-1 testet vitenskap, operasjoner og kommunikasjonsaspekter ved et utforskende oppdrag. ESA-astronauten Matthias Maurer vil være lokalisert ved Pangea-X og vil fjernpilotere en rover lokalisert i Nederland. For å gjøre dette vil han benytte seg av teknologi som kalles en elektronisk feltbok.
Den elektroniske feltboken er et verktøy som integrerer sanntidsposisjonering, datadeling, stemmechat og mye mer. Det er et tørt løp for et eksperiment som ESA-astronauten Luca Parmitano skal utføre neste år fra den internasjonale romstasjonen. Feltboken lar ekspertforskere veilede astronauter om å samle de beste prøvene.
Enten det er 3D-utskrift av strukturer, biomedisinsk 3D-utskrift eller alle de andre teknologiene som må utvikles og perfeksjoneres, er det tydelig at ESA har øynene opp for en månebase.
- ESAs pressemelding: Future Moon Base
- ESAs pressemelding: Pangea-X Moon base
- ESAs pressemelding: 3D-utskrift av hud, bein og kroppsdeler som er under utredning for fremtidige astronauter
- ESAs pressemelding: Bygge en månebase med 3D-utskrift
