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月亮工廠的入門工具包

Moon FibreMoon Fibre

纖維材質適合用來建造月球基地。研究人員在他們的 MoonFibre 計劃中,開發出一款微型系統,可以在不利條件下生產連續玻璃纖維。

我們如今對月球已瞭解甚多,包括它黑暗的一面。一個中國的探測器在 2019 年登陸月球,歐洲和美國太空總署也致力於發展新的月球任務計劃——如果運輸成本不那麼高。要將一公升水帶到月球上,得花費 1 百萬美元。單是替規模像 ISS 這樣的太空站供應材料,就需要 4,500 億美元。因此,目標是利用當地可用的材料,在地球以外打造一個基礎設施。月球表面是由巨礫、碎石和塵埃組成。這種多孔鬆散的岩石是風化層,化學成分與玄武岩相似,適合用於製作礦物纖維。

德國阿亨工業大學的結構力學與輕量化設計研究所(SLA)與紡織技術研究所(ITA)已開發出一種自動化微型紡織機,用於生產礦物纖維。在分析了阿波羅任務和月球任務等計劃的土壤樣本之後,研發人員用這個紡紗機製作出了月球風化層模擬物,並織出了僅 17 微米的纖維。

用途廣泛

研究入員以製造玻璃纖維的生產系統為起點,簡化了過程並將系統裝入一個以碳纖維強化材質製成的 40 公分立方體中。在這個立方體裡,月球岩石將在攝氏 1,450 度的高溫下熔化成玻璃。然後將熔融玻璃透過熔爐底部的噴嘴拉出,形成連續纖維。最後將連續纖維纏繞在捲軸上。iBlock 每小時應能夠生產長達 180 千米的纖維材料。

Moon_Landscape

傳統的紡織過程會受到重力和氣壓的影響。這也是在讓這個技術適應月球條件時所遇到的困難。除了重力較小之外,在設計工廠概念時也必須考慮到極端的溫度變化。

從風化層取得的玻璃纖維也可以用在各種月球基地的建築中。它們可以用來製作纖維強化混凝土和礦綿,或是生產可用來製作衣物、醫療儀器、繩索和電纜等的紡織品。毛織品和非織物則可以用來製作過濾器、隔熱和隔音材質,以及輻射遮罩。甚至還有專門使用月球纖維基質來栽培植物的工廠。

可擴展成系統

僅 17 公斤重的立方體可以擴展成系統,或甚至是一個小型工廠。透過介面互動的多個單元可執行各種不同的功能。在德國航太中心(TLR)所帶領的一項旨在建立月球基地的研究中,這些月球纖維是核心元件。

在歐洲太空總署於 2020 年 7 月在琉森舉辦、由瑞士太空中心負責協調的 IGLUNA 計劃中,MoonFibre 團隊是三個獲勝學生隊伍之一。順道一提:捲揚機和纖線導引裝置是由無刷 EC 45 flat 和 EC 20 flat 盤式馬達驅動(後者搭載一組加大型行星式減速機)。高度調節則是採用另一組執行器,由一顆有刷 DCX 19 S 馬達、小齒隙行星減速機和一個用於定位的 ENX 增量式編碼器組成。 

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作者: Luca Meister

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