太空首次3D打印刚性梁，德国初创企业开启在轨建造新纪元
太空建造技术实现重大突破
德国初创企业Orbital Matter近日宣布了一项具有里程碑意义的成就——在轨道真空环境中成功3D打印出一根半米长的刚性梁。这项成果标志着人类首次在自由飞行的航天器上完成太空制造，为未来在轨建造大型结构奠定了重要基础。
Replicator 2卫星任务详解
该公司的小型卫星”Replicator 2″于今年夏天搭乘SpaceX拼车任务进入轨道，机上搭载了四台3D打印设备。每台打印机都能通过挤出树脂线圈并用紫外线进行固化，从而制造出刚性圆柱形结构。公司高管将这一过程类比为水泥与水分的结合反应。
这一技术之所以备受关注，是因为未来的航天器需要更大的体积来产生更多电能，并在太空真空环境中更有效地散热，特别是那些计划作为轨道数据中心使用的航天器。然而，这些航天器仍需能够容纳在火箭整流罩有限的空间内。如果能够实现在轨自主建造结构，那么电力供应和散热难题将迎刃而解。
行业背景与合作伙伴
“Replicator 2首次证明了我们可以在太空中按需构建任意规模的阵列，”Orbital Matter首席执行官兼联合创始人Jakub Stojek表示。
- 公司与欧洲航天局建立了合作伙伴关系
- 与欧洲领先卫星制造商Thales Alenia密切合作，共同完成了Replicator 2项目
- NASA此前也资助过相关研究，包括与Redwire公司合作的2023年项目——该项目曾在真空舱内3D打印结构梁，但始终未能进入实际发射阶段
目前的太空大型结构大多采用”折纸式”设计——大型太阳能阵列或望远镜镜面在发射时被折叠，进入轨道后再展开部署。这种工程设计相当复杂，因此在太空中直接制造和组装结构的想法显得尤为诱人。
技术挑战与应对策略
在这次任务中，两台打印机原本用于部署柔性太阳能阵列。虽然其中一台出现异常导致故障，但成功制造出的支撑臂仍顺利完成了太阳能阵列的部署，验证了这一技术路线的可行性。
值得关注的是，此前的微重力3D打印实验都局限于国际空间站内部的加压环境，而本次任务实现了真正意义上的真空环境打印。
Orbital Matter首席技术官Robert Ihnatisin向媒体透露了为何要在单颗卫星上部署多台打印机的原因：”我们宁愿在轨道上实地学习并根据需要调整软件，也不愿花费数年时间在地面测试每一种可能性。”
未来发展空间广阔
目前打印梁的长度受限于卫星携带的树脂量，但公司工程师认为制造长达100米的支撑臂是完全可行的。作为参考，SpaceX的Starlink V2卫星（目前轨道上最具规模的大批量生产卫星之一）所使用的太阳能阵列长度为20米。
企业发展历程
Orbital Matter于2022年由Ihnatisin（此前曾在3D打印公司FormLabs工作）和Stojek联合创立，并成功筹集了300万美元的种子轮资金。
展望2028及更远
目前，Orbital Matter正在筹备下一次演示任务，预计将于2028年发射。该任务将在一颗更大的卫星上测试放大版打印机，目标是部署能够产生5千瓦电力的太阳能阵列。这将被视为通向2030年实现每翼超过100千瓦功率大规模部署的重要一步。
此外，该公司正与多家卫星制造商探讨合作，探索将其PADS（打印辅助部署系统）集成到航天器中，用于扩展太阳能板、天线或其他组件的可能性。
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