3D建模软件在国际空间站首次得到成功测试

近日据外媒报道，由美国康奈尔大学开发的高级建模软件已在国际空间站（ISS）上成功部署和测试。作为与美国宇航局、国际空间站美国国家实验室和惠普联合实验的一部分，建模软件被集成到惠普“Spaceborne Computer-2”中，在太空环境下通过3D打印生成所需零件，并测试零件质量。

“以前，由于时间的差异、空间尺度以及高热梯度的因素，这在计算上往往不可行，”设计该软件的康奈尔大学博士生Terrence Moran说，“因此，我们基于物理模型开发了软件，使其便于携带，并将其上传到国际空间站。”

■国际空间站

太空中的增材制造测试

该实验是2021年为展示惠普Spaceborne Computer-2功能而进行的众多实验之一，该计算机于去年2月安装在国际空间站上，也是ISS上首个装有人工智能的商业边缘计算系统。 

Spaceborne Computer-2旨在实现对太空中大量数据的实时处理，并解决数据中继到地球相关的长延迟和等待时间问题。到目前为止，在机器上进行的实验范围从处理医学成像到DNA测序，增材制造也是测试的关键部分。

据Moran介绍，3D打印对于NASA未来的深空和火星探索至关重要，实验得到了NASA的支持。例如NASA已与Launcher和VELO3D等公司建立合作伙伴关系，以探索3D打印火箭发动机的制造。此前，NASA还与约翰霍普金斯大学应用物理实验室的研究人员合作开发了太阳能火箭推进器技术。 

3D打印还被应用于人工智能月球车，该月球车可以在NASA返回月球的任务期间部署。去年，美国宇航局还在国际空间站发起了一组新的科学实验，其中一项是关于3D打印风化层的可行性测试。 

最近，NASA选择了位于加利福尼亚的航空航天公司Rocket Lab为其即将到来的VADR任务提供发射服务。该公司的运载火箭由3D打印的卢瑟福发动机提供动力，该发动机已经通过3D打印成功打印了100多次。

■Rocket Lab是NASA VADR计划选定的12家供应商之一

在太空环境下预测3D打印结构

对于在Spaceborne Computer-2上进行的这项最新实验，康奈尔大学、美国宇航局、国际空间站美国国家实验室和惠普通过合作的方式，了解和预测3D打印结构在太空中的变形和失效。 

在康奈尔大学教授Derek Warner领导的康奈尔断裂研究小组中，Moran开发了一种专门的建模软件，针对特定组件模拟3D打印过程，以及实现对打印结果的质量评估。

由于缺乏重力，以及时间和空间尺度的差异以及温度的剧烈变化，在太空环境下进行增材制造生产十分具有挑战性和不可预测性。Moran将他的建模软件称为“虚拟打印形式”，当与 Spaceborne Computer-2结合使用时，它将在3D打印构建过程中节省时间、材料和数字带宽。 

今年1月初，合作伙伴使用建模软件和Spaceborne Computer-2进行了一项实验，以模拟所需组件的3D打印过程并预测最终结构的质量。建模软件证明是成功的，提供的结果与Moran先前研究的预测结果一致。

虽然该软件为涉及3D打印的深空工程项目带来了巨大好处，但它也可能成为地球上的一项资产。“3D打印的魅力之一是实现本地化制造，”Warner说，“所以这件事的妙处在于，虽然太空可能是最极端的环境，但对于军队、石油钻井平台或地球上的其他地方来说，也可能与极端环境相差无几。因此，建模软件能在地球上的任何地方帮助完成3D打印制造零件。”

■国际空间站上的宇宙射线瞭望塔

太空作为3D打印的测试场

此前，国际空间站就曾进行过许多项目和实验，任务是摸索3D打印为太空探索带来的好处。“微重力生物打印”（Microgravity bioprinting）是一个广受关注的领域，尤其是在太空中3D打印出活体组织。CELLINK、nScrypt和Redwire’s Made in Space 都在国际空间站上安装了生物打印机并进行了各种实验，这同时也为人类医学带来了诸多益处。 

除了生物打印，陶瓷专家CeramTec于去年7月为国际空间站生产了新一代陶瓷样品容器，这是与空中客车和欧洲航天局合作项目的一部分。这些容器将用于对金属、合金和半导体的某些热物理特性的精确测量。

与此同时，Redwire公布了在即将到来的“轨道礁”商业空间站上部署3D打印计划，该空间站将在2026年发射到低地球轨道时配备尖端研究设施。该公司旨在为空间站的微重力研发以及空间站的有效载荷操作和可部署结构提供支持，并通过其子公司Made in Space的技术为太空的3D打印提供生产能力。