В условиях растущего интереса к внеземной колонизации и устойчивому развитию на Земле, технология 3D-печати претерпевает значительную эволюцию. Компания AI SpaceFactory Inc., базирующаяся в Секокусе, штат Нью-Джерси, выступает одним из ключевых новаторов в этой области.
Изначально сосредоточившись на разработке автономных сред обитания для Марса и сотрудничестве с Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) в создании печатных материалов на основе синтетического лунного реголита, компания успешно коммерциализировала две собственные разработки в области 3D-печати.
Последним технологическим достижением AI SpaceFactory является крупногабаритный 3D-принтер Starforge. Эта разработка опирается на результаты совместных исследований с Космическим центром Кеннеди NASA, осуществлявшихся в рамках Соглашения об объявлении возможностей для сотрудничества (Announcement of Collaboration Opportunity agreement). Основной целью данного партнерства, значительная часть которого была реализована в инновационной среде Swamp Works Космического центра Кеннеди, являлась разработка 3D-печатного материала на основе симулированного лунного реголита. Реголит, представляющий собой измельченные горные породы и пыль с поверхности Луны, является перспективным местным ресурсом для внеземного строительства, что критически важно для минимизации массы полезной нагрузки, доставляемой с Земли. Более того, использование подобных подходов может существенно снизить экологическое воздействие строительных процессов на нашей планете.
Принтер Starforge использует в качестве «чернил» гранулы (пеллеты), принцип действия которых основан на опыте работы с лунным реголитом. Эти гранулы представляют собой композиционный материал, состоящий из полимерной матрицы (включая возможность использования переработанных пластиковых отходов) и сухого наполнителя, такого как тальк (силикат магния, Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂) или гипс (дигидрат сульфата кальция, CaSO₄·2H₂O), которые потенциально могут быть получены непосредственно на месте строительства, как на Земле, так и на других планетах. Для повышения прочностных характеристик гранулы могут быть армированы стекловолокном (аморфный материал на основе диоксида кремния) или углеродным волокном (материал на основе атомов углерода, соединенных в микроскопические нити).
Соучредитель и главный исполнительный директор SpaceFactory Дэвид Малотт подчеркивает инновационный характер гранулированной печати, отмечая, что традиционные филаментные чернила могут достигать стоимости до 150 долларов за фунт, что делает крупномасштабную печать экономически нецелесообразной. В отличие от этого, стоимость гранулированных материалов SpaceFactory составляет около нескольких долларов за фунт, что открывает принципиально новые возможности для широкомасштабной 3D-печати и расширяет спектр используемых материалов.
Начало сотрудничеству SpaceFactory с NASA было положено участием в конкурсе 3D-Printed Habitat Challenge, проводимом в рамках программы Centennial Challenge. В 2019 году компания одержала победу в этом конкурсе, представив модель жилого модуля для Марса в масштабе 1:3, напечатанную на 3D-принтере. Именно в рамках этого проекта SpaceFactory начала активные исследования инновационных печатных материалов, включая использование измельченного базальта (вулканической горной породы, по минеральному составу схожей с поверхностью Марса). Этот опыт послужил отправной точкой для изучения возможностей применения биорегенеративных материалов в земных условиях.
Трейси Пратер, ныне технический менеджер по разработке систем жизнеобеспечения в Космическом центре Маршалла NASA, которая выступала в качестве эксперта по этому вопросу в рамках конкурса, подчеркнула, что устойчивые материалы являлись ключевым фокусом соревнования.
«Мы стремились к использованию местных ресурсов для снижения массы, которую необходимо было бы запускать для обеспечения строительства на поверхности планеты».
Трейси Пратер, технический менеджер по разработке систем жизнеобеспечения
Монси Роман из NASA, руководившая конкурсом, поддержала эту точку зрения. «Они проявляли большой интерес к земным приложениям и работе с биорегенеративными материалами», — сказала она.
«Они задумывались об окружающей среде на Земле, и это была область, о которой большинство других компаний не думали».
Монси Роман
Разработанный для конкурса роботизированный манипулятор с 3D-принтером, получивший название Astra, впоследствии использовался SpaceFactory для выполнения нестандартных заказов для различных клиентов. Так, компания по производству спортивной обуви On заказала печать полномасштабной модели валуна, отсканированного в Швейцарских Альпах, для демонстрации в своем магазине на Манхэттене. Другая компания заказала у SpaceFactory печать волнореза, спроектированного таким образом, чтобы способствовать росту моллюсков и водорослей, создавая дополнительную среду обитания и одновременно поглощая энергию волн. Этот пример демонстрирует потенциал технологии для создания биоинтегрированных архитектурных решений.
По словам Пратер из NASA, программа Centennial Challenge «была разработана для стимулирования инноваций в крупномасштабном аддитивном строительстве».
Этот призыв к инновациям оказал значительное влияние на SpaceFactory, которая, по словам Малотта, ранее не занималась разработкой крупномасштабных 3D-принтеров. «Мы начинали как группа архитекторов и инженеров», — сказал он. «Нам пришлось учиться очень быстро. Сосредоточившись на космическом варианте использования, мы теперь находимся на передовом крае наземных применений». Этот пример демонстрирует, как фундаментальные исследования и разработки, ориентированные на решение задач в экстремальных условиях, таких как космическое пространство, могут привести к прорывным технологиям с широким спектром применений на Земле, в частности, в области устойчивого строительства и использования местных ресурсов.
