近日,中国科学家的一项突破是利用3D打印技术在微重力环境中生长植物,这将有助于确保中中国空间站上的宇航员不必挨饿。莴苣种植虽然不是国家航天计划的优先事项,但是如果一个宇航员没有适当的饮食可能会导致严重的后果,这将直接影响到他们的表现。而我国希望在2022年建立一个永久空间站,目前的技术任处在初步阶段,包括生命支持设备和装置。
天宫2号卫星,这是在去年九月发身升空的,作为这些技术的测试环境。在卫星上成功培育莴苣植物是朝着空间站计划的正确方向迈出的重要一步。它不仅是一种健康的食物,而且莴苣植物也需要一个月的时间培育,这正好是卫星轨道的周期。
宇航员景海鹏和陈东花了30天登上卫星的太空实验室,在失重的氛围培养莴苣和开展各种其他实验。植物生长项目在他们停留的第二天开始。他们建立了一个由3D打印培养箱组成的生物体系,里面装满了蛭石。蛭石是一种吸水性很强的低密度矿物,具有均匀的导湿性。类似于地球上种植植物,这种蛭石在种植莴苣种子前浇水,最后用塑料袋覆盖。人造光每天照射在种子上14小时,使光合作用得以进行,宇航员用注射器向植物根部注入空气,以保持氧气供应。
植物生长实验证明是一个巨大的成功,宇航员们对他们的成果和他们为中国太空计划的未来所做的承诺感到满意。这些莴苣需要进行生物测试,以确保它对人类的食用是安全的,在太空实验室后来的将来可能会允许宇航员吃他们种植的莴苣。
3D打印在世界各地的空间探索项目中发挥着越来越大的作用,推动着美国、俄罗斯和其他地方的项目的发展。现在我国成功种植蔬菜的做法将激励其他国家组织和私营公司继续实施这项技术,努力向太空移民。
【延伸阅读】在太空中进行3D打印要克服的不利条件
1、微重力:空间微重力环境对3D打印原料形态、工艺装备类型提出了新要求,微重力环境对3D打印工艺的传热及材料凝固过程的影响规 律尚未明确,对3D打印零件性能的影响规律仍 需进一步探索;
2、极端温度:空间高真空、高太阳辐射条下,背阴/照射面温度变化范围可达到- 100〜 -200 ° C/100 ° C ,极端温差导致3D打印温度场的极度不均匀;
3、能源利用:按照空间设施建设标准规空间单台设备功率应低于1000W,要满足3D打印工艺过程及其温度场控制对能量的需求,必须采取新的能源利用方式与温度控制策略;
4、材料:空间3D打印所使用材料应满足质、高强度、耐极端温度、耐空间射线辐射等要求, 甚至还需要高效回收再制造,需解决空间原位材料利用问题。同时,现有地面使用的3D打印装备质量与体积一般较大,能耗较高,很难适应空间飞行的需 要,必须在质量、体积及能耗等方面对3D打印设备进行重新设计,使其能够承受有效载荷发射时的恶劣工况,且尽可能降低设备的故障率。
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