• suntem3d

Prototipurile NASA, printate 3D, pentru misiunea de redirectionare a asteroizilor

NASA doreste sa lanseze Misiunea de Redirectionare a Asteroizilor (ARM) la inceputul anilor 2020. Exista doua variante ale ARM in curs de dezvoltare. Primul este in intregime robotic. Cea de-a doua, cunoscuta sub numele de Mission Crewed Mission Redirect (ARCM), implica trimiterea de astronauti la bordul unei nave spatiale Orion pentru a explora un asteroid mic redirectionat intr-o orbita stabila in jurul Lunii si pentru a preleva probele colectate inapoi pe Pamant. Inginerii de la NASA Johnson Space Center din Houston lucreaza la setul corect de instrumente pentru astronauti pentru a finaliza astfel de misiuni. Primele prototipuri functionale ale Sistemului de prelevare a probelor de geologie pentru corpuri mici au fost printate 3D cu Z-ULTRAT pe Zortrax M200.


INTRODUCERE

Sistemul de esantionare printat 3D, supus unor teste pe misiunea NEEMO. Credite fotografice: NASA / JSC.

Ideea de "recuperare a asteroidului pe Pamant" a fost mentionata pentru prima oara in iulie 1980, cand Robert Forsch, administratorul de atunci al NASA, a marturisit Congresului ca era imposibil la vremea respectiva. In 2012, Institutul Keck pentru Studii Spatiale a revizuit proiectul si a facut un studiu de fezabilitate concluzionand ca misiunea a devenit, in cele din urma, posibila. Centrul de Cercetare Glenn de la NASA a estimat apoi ca va costa in jur de 2,6 miliarde de dolari, care, de asemenea, pareau rezonabile tinand cont de sarcina. Avand asteroidul care orbiteaza Luna, singura intrebare ramasa a fost ce sa faca cu el. Astfel a aparut ideea de a trimite astronautii sa exploreze.


Proiectare CAD a Sistemului de prelevare a probelor de geologie de la NASA. Credite fotografice: NASA / JSC.

Echipa de proiectare a echipei pentru ARCM sustine ca explorarea umana a corpurilor mici este inevitabila din mai multe motive. In primul rand, aceste misiuni au o mare valoare stiintifica. Mijloacele de analiza a probelor la bordul unei nave spatiale automate sunt destul de limitate, la fel si capacitatea masinilor de a identifica probe interesante de colectat. Pe langa asteroizi, comunitatea de explorare a spatiului a luat in considerare misiunile umane catre Ceres, cel mai mare obiect din centura de asteroizi, si Phobos, o luna foarte mica care orbiteaza in jurul lui Marte. In al doilea rand, asteroizii sunt considerati o sursa potentiala de materii prime cum ar fi aurul, cobaltul, fierul, manganul si multe altele.


Ideea exploatarii asteroidului se afla in stadii incipiente de dezvoltare si exista unele intrebari care pun la indoiala fezabilitatea sa, avand in vedere tehnologia pe care o avem. Totusi, mediul de microgravitate al asteroizilor prezinta aceleasi provocari astronautilor, indiferent daca sunt acolo in scopuri stiintifice sau comerciale. Gravitatia pe Pamant, Marte, si chiar Luna permite unelte si tehnici similare de prelevare a probelor de geologie. Dar nici unul dintre acestia nu va functiona pentru un asteroid.


OBIECTIVELE

Prototip functional al sistemului de esantionare geologica NASA cu piese printate 3D. Credite fotografice: NASA / JSC.

Instrumentele destinate astronautilor care exploreaza corpuri mici trebuie sa opereze intr-un set foarte specific de conditii. Mai intai de toate, nu exista forta de atractie a Pamantului. Apoi, o greseala poate provoca nori de resturi care sa pluteasca in jurul si sa deterioreze echipamentul din apropiere. In plus, exista o provocare de pozitionare si ancorare a corpului. Imagini de la aterizarea pe Luna facute in timpul programului Apollo arata ca astronautii fac salturi ciudate pe suprafata. De fiecare data, insa, se intorceau la sol ca si cum ar fi pe Pamant, doar mai incet. Facand acelasi lucru pe un asteroid ar insemna pur si simplu sa ii trimita in spatiu, fara posibilitatea de a se intoarce la nava lor. Astfel, orice mica greseala poate deveni o situatie care pune viata in pericol. Prin urmare, inginerii ASC ai NASA au nevoie de o suita de unelte centrate pe asteroizi. Pentru a o concepe, au trebuit sa ia in considerare in primul rand obiectivele stiintifice ale ARCM.


Pentru inceput, oamenii de stiinta au vrut sa aiba o inregistrare video de la astronautii care lucreaza la asteroid. Deci, a existat o nevoie pentru aparate de mana, de inalta rezolutie si de instrumente analitice de sprijin. Ei au subliniat, de asemenea, ca, controlul contaminarii este foarte important - nu are nici un rost sa analizam mostrele daca contin compusi chimici adusi impreuna cu astronautii de pe Pamant. Avand toate acestea asigurate, echipa de stiinta a continuat sa recomande colectarea a cel putin 1000 g de material din doua locuri, cel putin o proba de miez din regolit cu diametru de 5 cm din fiecare dintre cele doua locuri si conservarea substantelor volatile. Inginerii trebuiau sa proiecteze instrumente pentru astronauti pentru a indeplini toate aceste sarcini.


PROCESUL


Colectarea esantioanelor cu un prototip functional al sistemului de esantionare in timpul misiunii NEEMO. Credite fotografice: NASA / JSC.

In primul rand, inginerii au identificat cinci categorii diferite de mostre pentru colectare. Esantioanele au fost pietre flotante, neatasate de suprafata, care ar putea fi preluate cu o actiune simpla de apucare. Esantioanele cips erau mici bucati indepartate fortat dintr-un corp parinte. Probele Regolith erau un conglomerat vrac de particule fine, praf acoperind suprafata, care putea fi preluat cu o actiune de chiuretare. Esantioanele de suprafata au fost stratul superior al suprafetei de pana la 1 mm adancime. Si, in cele din urma, probele de baza erau mase cilindrice, goale, recuperate din interiorul asteroidului prin forare. Dupa ce a facut acest lucru, echipa a finalizat o lista cu instrumentele specifice pentru a rezolva fiecare categorie.

Mai intai au abordat un esantion plutitor. In mod rapid a devenit evident ca prinderea de pietre de pe asteroidul cu ajutorul mainilor era prea riscanta. Materialele costumelor ar putea contamina cu usurinta mostrele colectate si, mai mult decat atat, exista posibilitatea semnificativa de perforare a manusilor. Deci, inginerii au venit cu un design de clapeta, care a functionat bine in a retine roci plutitoare si a impiedicat contaminarea esantioanelor odata ce au fost colectate in recipientul inchis cu clapeta. Aceeasi unealta sa dovedit eficienta si in colectarea prafului care acopera suprafata.


Printarea 3D a unui efector de capat pentru sistemul de esantionare geologica al NASA pe Zortrax M200 de la NASA Johnson Space Center. Credite fotografice: NASA / JSC.

Pentru rezolva problema colectarii de praf necontaminat ce acopera suprafata asteroidului, echipa NASA/JSC a inceput cu o unealta pe care astronautii au luat-o pe Luna, cunoscuta sub denumirea de The Contact Soil Sampler (Sistem de esantionare a solului). Un tampon de proba atasat la un maner va atinge usor solul si se va retrage intr-un mic container. Feedback-ul din partea echipajelor care efectueaza teste in lumea reala cu prototipuri printate 3D ale unor astfel de unelte a accentuat faptul ca mecanismul de deschidere si inchidere a recipientului a trebuit sa fie reproiectat. Mai precis, in cadrul Sistemului original de esantionare a solului, un astronaut inchide si deschide manual usile containerului, ceea ce constituie un risc de contaminare. Astfel, inginerii au realizat un prototip cu un container actionat de o parghie atasata la maner.

Colectarea probelor s-a dovedit a fi si mai dificila. Pe pamant, geologii folosesc o dalta si un ciocan. Bucati de piatra cad pe pamant si sunt usor ridicate. Dar pe asteroid, acestea ar pluti in jur si ar reprezenta o amenintare pentru astronautii care lucreaza in apropiere. Deci, inginerii au proiectat si au printat 3D o unealta de mana, cu un efector detasabil ce contine un dalta, doua ferestre si o usa glisanta.


Colectarea esantioanelor cu sistemul de esantionare geologica al NASA in misiunea NEEMO. Credite fotografice: NASA/JSC.

In cele din urma, echipa a creat un burghiu pentru colectarea probelor de baza. Dispozitivul urma sa fie instalat la capatul matritei de stabilizare atasata navei spatiale ancorate. Probele au fost apoi transportate automat pe nava.

In fiecare situatie, inginerii trebuiau sa se gandeasca la modul in care probele colectate urmau sa fie stocate. Nu era deloc simplu. Astronautii de pe Luna ar putea sa puna probele in saci. Gravitatia era suficienta pentru a le sustine. Dar pe asteroid, transferarea dintr-un recipient de instrumente intr-un sac ar fi imposibil. Deci, echipa a mers pentru o arhitectura in care stocarea esantionului a fost integrata in instrumentul de colectare.


REZULTATE


Atasarea unui driver la un efector final in timpul testelor efectuate cu sistemul de esantionare geologica al NASA in misiunea NEEMO. Credite fotografice: NASA/JSC.

In stadiul actual de dezvoltare, sistemul de esantionare geologica pentru corpurile mici este de dimensiunea unei serviete. Pentru a economisi spatiu si greutate, exista doi driveri, unul manual si unul alimentat, care lucreaza cu efectori de capat interschimbabili pentru recuperarea diferitelor tipuri de mostre. Un astronaut in misiune deschide pur si simplu servieta, ataseaza driverului un efector de capat corespunzator, efectueaza colectarea probelor si pune efectorul final inapoi in valiza. Din acest punct, efectorul final functioneaza ca un container de proba. In mod evident, toti efectorii finali pot fi utilizati o singura data.

Sistemul este proiectat pentru a retine fiecare efector de capat folosind doua pistoane cu bila opuse. Pistoanele ofera o siguranta adecvata in timpul activitatilor de translatare si permit in acelasi timp o indepartare usoara odata ce un driver a fost atasat. Acest design minimizeaza potentialul de contaminare incrucisata, insa are un impact semnificativ asupra masei si volumului de colectare a esantioanelor.


CONCLUZII


Colectarea de probe cu Sistemul de esantionare geologica al NASA in misiunea NEEMO. Credite fotografice: NASA/JSC.

Un prototip functional printat 3D a fost deja testat in misiunea analogica NEEMO, in adancurile Oceanului Atlantic. La un moment dat in timpul testelor, unul dintre efectorii finali s-a desprins. Inginerii JSC din cadrul NASA au printat un inlocuitor si l-au livrat pe site-ul de testare in decurs de 24 de ore - ceea ce ar fi fost imposibil fara a avea imprimante 3D de incredere.

Versiunea actuala a sistemului este inca in lucru. Se vor mai face o multime de teste si prototipuri printate 3D inainte de a deveni pe deplin operational. Cu toate acestea, din moment ce ideile despre misiunile asteroizilor evolueaza in mod constant, nu exista un singur tip de instrument special pe care inginerii sa il poata utiliza. Ecosistemul #Zortrax ii ajuta sa isi ajusteze rapid prototipurile ori de cate ori se schimba cerintele misiunii. Astfel pot schimba cu usurinta marimea containerului pentru a introduce cantitati diferite ale fiecarui efector, in functie de o misiune data.



Acest articol este tradus din engleza de Suntem3D. Versiunea originala apartine Zortrax si poate fi citita aici.


#NASA #asteroid #esantion #zortrax #m200 #imprimanta3d #geologie #teste #unelte #printare3d #ecosistem #suntem3d

CONTACT

SUNTEM 3D

marca inregistrata a

ATELIER CONCEPT&DESIGN STUDIO srl

str. Valea Merilor nr. 39, sect.1, Bucuresti

Nr. Reg. Com.  J40 / 5764 / 2015

CUI / CIF RO-34508187

Contact:

informatii@suntem3d.ro

tel. 0799-780-393

Conturi bancare:

IBAN: RO40 BACX 0000 0011 5425 1000

Trezorerie S1: RO86 TREZ 7015 069X XX01 7955

© 2019 SUNTEM 3D marca inregistrata a sc ATELIER CONCEPT & DESIGN STUDIO srl

  • Grey Facebook Icon
  • Grey Instagram Icon
  • Grey YouTube Icon
  • Grey LinkedIn Icon