將重型機(jī)械吊入太空既麻煩又昂貴。但很快，這將不再是個(gè)問(wèn)題。

卡塔爾·奧康奈爾報(bào)道。

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（圖注：一個(gè)藝術(shù)家對(duì)小行星采礦前哨站的印象。）

用“復(fù)制器”按所需創(chuàng)建任何物品，是星際迷航中成員的一大技能優(yōu)勢(shì)。在當(dāng)今現(xiàn)實(shí)世界中，太空任務(wù)所需的一切——從工具到食物和藥品——都必須在地球上制造完成后，然后運(yùn)輸?shù)杰壍郎稀＿@些高昂的花費(fèi)也限制了我們對(duì)太陽(yáng)系的探索。然而這一切都將改變。

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一些公司早已在太空中用3D打印技術(shù)代替了工具。接下來(lái)我們能看到繞軌道運(yùn)行的工廠制造產(chǎn)品在地球上銷(xiāo)售，又或是建造足球場(chǎng)大小的衛(wèi)星自動(dòng)化機(jī)器人。之后將有潛在可能在其他星球建立棲息地，使用其他星球上的自然資源，或是利用小行星來(lái)補(bǔ)充地球日益減少的金屬儲(chǔ)備。

這些科技將使人類(lèi)從暫時(shí)進(jìn)入太空發(fā)展變成永久存在。

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3D打印工具

航天機(jī)構(gòu)通常在載人任務(wù)中裝載大量的備件，以應(yīng)對(duì)所有可能的突發(fā)事件——發(fā)射每公斤的成本約14000美元。國(guó)際空間站（ISS）內(nèi)，這些備用品的估價(jià)為14億美元。大部分備用品永不會(huì)用到。

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（圖注：自2011年以來(lái)，《太空制造》已經(jīng)承擔(dān)了超過(guò)3萬(wàn)小時(shí)的3D打印技術(shù)測(cè)試。美國(guó)國(guó)家航空航天局）

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但要是有一種方法能在需要的時(shí)候，在太空中制造出幾乎所有物品，或在一部分物品使用后融化掉再重塑使用會(huì)是怎樣呢？我們正在向這方面發(fā)展。

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在2014年，美國(guó)公司太空制造（Made In Space）首次將3D打印機(jī)送去ISS，它被用來(lái)證明在微重力下打印出來(lái)的零件和在地球上打印出來(lái)的一樣堅(jiān)固。

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兩年后，此公司開(kāi)創(chuàng)了二代3D打印技術(shù)，被譽(yù)為先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備（Advanced Manufacturing Facility），此后它一直為NASA和其他實(shí)驗(yàn)人員提供制造服務(wù)。迄今為止，該公司專(zhuān)注于塑料但其正在研制的VULCAN系統(tǒng)也將能夠打印金屬。

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另一些美國(guó)公司，系繩無(wú)限公司（Tethers Unlimited），在11月5日將他們的3D打印機(jī)送往ISS。Refabricator的特點(diǎn)是能回收利用塑料，包括大量投放包裝填料，將其轉(zhuǎn)化為3D打印材料，節(jié)省特種打印燈絲的制作成本。

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也許這方面最極端的想法是回收人類(lèi)的排泄物。加拿大卡爾加里大學(xué)(University of Calgary)的研究人員正在設(shè)計(jì)細(xì)菌，將人類(lèi)排泄物轉(zhuǎn)化為“天體塑料”(astroplastic)，一種名為聚羥基丁酸的3D打印材料。

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在軌工廠

顯著的挑戰(zhàn)是克服填充物在太空中喪失地心引力。沒(méi)有地心引力意味著沒(méi)有對(duì)流，也就擾亂了熱傳遞。但是對(duì)于太空工程師來(lái)說(shuō)，最初的問(wèn)題可能是讓第一個(gè)軌道工廠離開(kāi)地面的關(guān)鍵因素。

高質(zhì)量的光纖對(duì)洲際通信和高速互聯(lián)網(wǎng)至關(guān)重要。目前互聯(lián)網(wǎng)和電信行業(yè)都是建立在硅基纖維的基礎(chǔ)上，但另一種基于氟化玻璃的纖維ZBLAN(來(lái)自鋯、鋇、鑭、鋁和鈉元素)的效率可能要高得多。問(wèn)題是，至少在地球上，對(duì)流導(dǎo)致ZBLAN中形成微小的微晶體，使得ZBLAN多云，效率較低。

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1998年美國(guó)的光導(dǎo)纖維制造者Thorlabs試圖在“嘔吐彗星（vomit comet）”上制造ZBLAN材料?！皣I吐彗星（vomit comet）”會(huì)在一分鐘左右的自由下落過(guò)程中模擬微重力的飛機(jī)飛行，并且它成功了。在微重力條件下制造的ZBLAN纖維有更少的微晶體，而且傳輸能力更強(qiáng)。

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如今太空制造（Made In Space)與Thorlabs合作，看他們是否能制造出在太空中使用的高品質(zhì)光纖。他們的光纖制造者在2017年10月將制造品發(fā)射到國(guó)際空間站，目前正在進(jìn)行第一次試驗(yàn)，有可能從4公斤的原材料中提取出4公里長(zhǎng)的纖維。如果成功了，這將是首次有人在太空中制造出商業(yè)產(chǎn)品。

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太空建設(shè)

足夠諷刺的是，在空無(wú)的太空中，宇航員的生活和工作范圍都不能超過(guò)集裝箱。這是因?yàn)樗蠭SS中的組件，我們送入軌道的所有事物，都被發(fā)射火箭的尺寸所限制。

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但如果我們能在太空建造，我們就有可能建造出在地球上承受不住自身重量的巨大建筑:更寬敞的空間站，足球場(chǎng)大小的望遠(yuǎn)鏡，能接收巨大太陽(yáng)能的巨型衛(wèi)星。當(dāng)然也有專(zhuān)門(mén)的部分，例如柔性焦距透鏡組和太陽(yáng)能電池將仍需要在地球上制造，而將一切連接在一起的支架當(dāng)然可以在軌道上制造和組裝。

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軌道建造師的第一個(gè)例子是太空制造（Made In Space)的Archinaut。這是一個(gè)內(nèi)置3D打印機(jī)的機(jī)器人組裝機(jī)器。他的打印機(jī)擠壓支柱和連接器，手臂按到需要的位置。它像個(gè)太空樂(lè)高。Archinaut可以使用美國(guó)宇航局批準(zhǔn)的以聚碳酸酯為基礎(chǔ)的高強(qiáng)度塑料，這種塑料的強(qiáng)度足以在低應(yīng)力軌道環(huán)境下將巨大的太空結(jié)構(gòu)連接在一起。Archinaut已經(jīng)在“嘔吐彗星（vomit comet）”上的真空測(cè)試和微重力測(cè)試中證明了自己，并將于2019年發(fā)射到國(guó)際空間站。

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小行星礦業(yè)

最終，甚至建筑的原材料也可能來(lái)自太空。行星資源公司是由谷歌聯(lián)合創(chuàng)始人拉里·佩奇和維珍首席執(zhí)行官理查德·布蘭森等投資者于2009年在美國(guó)成立的。這是他們的第一步嗎? 開(kāi)采小行星。投資公司高盛(Goldman Sachs)預(yù)測(cè)，世界上第一個(gè)億萬(wàn)富翁將在這個(gè)新興行業(yè)賺大錢(qián)，這可能成為21世紀(jì)的淘金熱。

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技術(shù)

最需要的事情就是找到一些富含黃金或鉑等貴金屬的小行星。不幸的是，雖然有大約18000顆小行星在軌道上接近地球，但其中只有大約4%可能含有貴重金屬。因此，該行業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)之一是勘探工作，這就是為什么包括英國(guó)的小行星采礦公司在內(nèi)的幾家公司正在致力于架設(shè)衛(wèi)星，以便掃描太空巖石，尋找潛在的金礦。

其他公司，包括總部位于美國(guó)的行星資源公司(Planetary Resources)和深空工業(yè)公司(Deep Space Industries)，認(rèn)為未來(lái)最重要的不是貴金屬，而是水。除了為口渴的宇航員提供水分，水還可以很容易地轉(zhuǎn)化為火箭燃料(氧氣和氫氣)，只需通過(guò)電流。通過(guò)從冰巖中開(kāi)采水，這些公司計(jì)劃為登月、火星或更深入太空的任務(wù)建立燃料站。

當(dāng)然，找回材料說(shuō)起來(lái)容易做起來(lái)難。到目前為止，從一顆小行星上只帶回了大約一毫克的物質(zhì)——這是2010年日本“隼鳥(niǎo)（Hayabusa）”號(hào)宇宙飛船收集到的幾粒塵埃。

2016，NASA發(fā)射了歐西里斯雷克斯飛船，對(duì)小行星Bennu進(jìn)行了為期7年的任務(wù)。如果一切按計(jì)劃進(jìn)行，它將帶回大約150克的材料。

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但NASA的更大計(jì)劃——捕獲一顆50米長(zhǎng)的小行星并將其送回繞月軌道——被特朗普政府?dāng)R置了。加州理工學(xué)院的物理學(xué)家估計(jì)，這樣的“小行星返回”任務(wù)將耗資36億美元。這是一筆不小的資金，但與在地球上開(kāi)礦的啟動(dòng)成本相比，還是不算太遠(yuǎn)，尤其是考慮到一塊精心挑選的巖石可能蘊(yùn)藏著價(jià)值數(shù)百億美元的資源。最大的問(wèn)題可能是經(jīng)濟(jì)的供求規(guī)律;成千上萬(wàn)噸的黃金或鉑金重返市場(chǎng)，可能會(huì)導(dǎo)致市場(chǎng)崩盤(pán)，因?yàn)樵?jīng)的貴金屬會(huì)變得像芯片一樣便宜。

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與世隔絕的棲息地建設(shè)

我們能把巨大的3D打印機(jī)送到月球或火星上去制造嗎?

第一個(gè)3D打印的房子已經(jīng)在地球上建造。最簡(jiǎn)單地說(shuō)，這些巨大的打印機(jī)看起來(lái)就像水泥攪拌機(jī)，有一個(gè)機(jī)械手臂，操縱噴嘴將建筑材料一層層擠壓出來(lái)。一些研究人員已經(jīng)在研究如何用火星或月球上的灰塵來(lái)替代水泥中通常使用的沙子。2014年，意大利研究人員表示，他們可以用類(lèi)似月球風(fēng)化層(覆蓋固體巖石的物質(zhì)層)的材料建造大型建筑。

與此同時(shí)，NASA正在資助一項(xiàng)自主機(jī)器人競(jìng)賽，這些機(jī)器人可以收集、改進(jìn)和3D打印其他世界的棲息地。最后一輪比賽將于2019年4月舉行，雙方將爭(zhēng)奪280萬(wàn)美元的獎(jiǎng)金。即使是在預(yù)制結(jié)構(gòu)上覆蓋一層致密的風(fēng)化層，也能幫助未來(lái)的殖民者免受輻射、小型流星襲擊或沙塵暴的傷害。歐洲航天局設(shè)想發(fā)射一個(gè)月球車(chē)在月球表面滾動(dòng)，收集表層風(fēng)化層并將其與粘合劑混合。之后，漫游者會(huì)把材料包裝在一個(gè)充氣的棲息地上，有點(diǎn)像你把人埋在沙灘上的沙子里，在有人到達(dá)之前加固結(jié)構(gòu)。正如航天業(yè)的人所說(shuō)，野營(yíng)和定居的區(qū)別在于你所帶的工具。

FY：圓賚

作者： sciabc - John Staughton-CATHAL O'CONNELL

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