格拉斯哥大学建成英国首个太空3D打印材料结构完整性测试设施NextSpace TestRig

2025年5月20日，南极熊获悉，格拉斯哥大学詹姆斯·瓦特工程学院由Gilles Bailet博士领导的研究团队，与制造技术中心（MTC）合作，共同建成了英国首个专用于测试太空3D打印材料结构完整性的设施，命名为“NextSpace TestRig”。该项目获得了英国航天局的资金支持，有望帮助航天工业规避空间碎片这一重大潜在威胁。



太空制造业正改变我们将材料和物体送入轨道的方式。航天器装载的物品越多，其自身重量就越大，送入轨道的难度和成本也随之增加。因此，过去十年间，工业界在研发太空3D打印机方面投入了大量精力，例如Photocentric公司的CosmicMaker和加州大学伯克利分校的SpaceCAL。然而，尽管利用这些特制3D打印机在轨道上直接构建太阳能反射器等结构和设备能够降低成本，但仍然存在问题。



任何在太空中的物体都必须能够承受在极端温度间反复变化的硬真空环境，如果3D打印材料制造不当，其结构可能产生各种问题。3D打印部件中的缺陷或瑕疵，如熔化不良的区域或微小气泡，在地球上可能并非严重问题，但在太空中却可能造成灾难性后果。3D打印物体可能会碎裂，产生的碎片将高速进入轨道，加入到宇宙中的太空垃圾行列。这正是NextSpace TestRig发挥作用的领域。格拉斯哥的这个地下设施，实质上是再造了一小片外太空环境，目的是确保在轨道上3D打印的陶瓷、聚合物和金属材料能够承受外太空极端的物理应力。



Gilles Bailet博士表示：“3D打印是一项极具前景的技术，它使我们能够直接在轨道上构建非常复杂的结构，而无需通过火箭将其运送至太空。它可以帮助我们制造各种设备，从轻型通信天线到太阳能反射器，再到航天器的结构部件，甚至是用于月球及更远深空任务的人类栖息地。然而，这种潜力也伴随着巨大的风险。如果太空3D打印的零部件未经充分测试便仓促上马，风险将被进一步放大。物体在轨道上高速运行，如果一个制造不良的结构部件发生断裂，它将以步枪子弹的速度环绕地球飞行。如果它撞击到卫星或航天器等其他物体，可能会造成灾难性的破坏，并且其碰撞产生的碎片会对其他物体造成进一步损害，从而导致连锁反应。NextSpace TestRig向全球的学术同仁、研究人员和商业客户开放，帮助他们确保计划在太空中3D打印的任何材料都能安全工作。我们也期望，未来几年我们收集到的数据将有助于监管机构依据真实世界的测试结果，制定太空制造的安全标准。”



为了在地球上创造类似太空的条件，NextSpace TestRig使用了一个特殊的真空室，能够产生-150°C至+250°C的温度。该测试设施旨在支持日益发展的太空制造领域，是Bailet博士太空3D打印研究的最新进展。他还为一种用于在轨使用的3D打印机原型申请了专利，该原型已在“vomit comet”研究飞机上进行了多次飞行测试。

Bailet博士表示：“我们预计NextSpace TestRig将在未来几年为英国航天工业带来真正的助益。格拉斯哥已经是太空技术的卓越中心——这里的公司制造的卫星数量位居世界前列，仅次于美国西海岸。我们的设施将有助于增强未来在轨组装航天器的能力，确保英国航天部门在国际上更具竞争力。”



该测试设施配备了一个独特的样本仓储系统，能够在一个测试周期内自动测试多个材料样本。这个极其高效的系统能够施加高达20千牛顿（约合2000公斤）的力来破坏样本，然后在模拟太空大气环境的真空条件下分析其特性。此外，样本还要经受极端温度的循环测试，这也与它们在轨道上将面临的环境相匹配。制造技术中心和格拉斯哥大学从英国航天局的“使能技术计划”中获得了25.3万英镑的资金，以支持他们的这项工作。