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2022年3月23日

九卅体育APL分析设计, 未来在太空建造大型结构的材料和操作影响

nom4d未来概念的图像

艺术家对nom4d未来概念的演绎

图源:约翰·霍普金斯APL/本·史密斯/泰勒·巴克

九卅体育应用物理实验室(APL)在劳雷尔, 马里兰, 利用它在太空和航天方面的专业知识 极端环境材料 评估未来自适应、大规模、天基制造的操作潜力.

在12月, 国防高级研究计划局(DARPA)启动了“新型轨道和月球制造”项目, 材料和大规模高效设计(NOM4D), (发音为“nomad”)开发基础材料的计划, 制造大型所需的工艺和设计, 精确和弹性的空间系统.

该计划的重点是设计太大而无法在地球上建造和发射的天基系统. 这些结构将具有能够承受机动的特性, 空间和月球环境典型的热循环和物理损伤.

实验室在太空领域的专长 可以追溯到20世纪50年代,横跨民用空间和国家安全空间. 这种专业知识从基础研究扩展到实现任务操作和部署航天器的技术, 就像 帕克太阳探测器最近成为第一个接触太阳的探测器.

“APL被选中参加DARPA的这个项目,是因为九卅体育广泛的科学和技术专业知识以及九卅体育的能力 DARPA成功合作的历史. 九卅体育将运用九卅体育的领域知识来分析由NOM4D技术实现的未来运营场景,” 摩根Trexler, 谁领导APL的极端和多功能材料科学项目,是实验室NOM4D项目的项目经理.

解决NOM4D带来的广泛技术挑战, 特雷克斯勒组建了一支由在材料科学方面具有深厚专业知识的科学家和工程师组成的团队, 物理, 月球地质学, 光学传感, 电力系统, 航天器工程, 地月空间(地球和月球之间)等等.

创客空间

把地月环境看作是最新的创客空间. NOM4D打算开发这种材料, 使未来巨大的制造中心进入轨道的过程和设计.

“在宇宙飞船上可以携带的东西有很多限制. 结构需要为发布而折叠,并能够在之后进行部署,这增加了设计的复杂性. 它们必须非常坚固,才能承受发射时的压力. 所以现在如果你不需要在所谓的“发布暴政”中生存,你对你的结构和验证要求的限制就大大减少了,安·达林解释道, 美国总统APL太空探索部门的前执行董事,九卅体育航天器硬件主题专业工程讲师. “太空制造可能会彻底改变太空结构, 创造无穷无尽的新操作能力.”

一个成功的NOM4D项目将真正标志着制造空间结构的范式转变. 持久的制造基础设施将绕过与从地球转移有关的限制. 天基制造将尽可能利用在太空开采和加工的地月原生材料, 包括在地球上开发和必要时从地球运来的先进材料和组件. 模块化地月空间系统, 太空制造, 能否随着需求的发展而不断地适应不同的目的.

NOM4D的目标是开拓地外制造,最大限度地提高稳定性, 敏捷性, 空间系统的弹性和适应性. 在为期18个月的三个阶段中,该项目将解决越来越具有挑战性的概念. 第一阶段要求材料和设计满足严格的结构效率目标,使用1兆瓦太阳能阵列的示例问题. 第二阶段将侧重于降低风险和技术成熟,以满足结构目标, 同时保持足够高的精度以满足范例100米直径射频反射器的要求. 第三阶段要求实现“精度上的飞跃”,使红外反射结构能够用于分段长波红外望远镜.

绘制太空弹性之路

亚规模样本结构(而不是完整结构)的地面制造将用于验证先进的NOM4D材料, 制造能力和设计概念. 重要的是, 技术的设计必须能够在潜在的破坏性事件中存活并保持精确的操作, 比如月球风暴和微陨石撞击.

“这些材料和结构需要评估其弹性和性能,特雷克斯勒继续说, “但在太空中没有如何测试的先例, 或者测量什么. 收集有意义的数据, 了解材料以及它们在感兴趣的环境中的表现, 并展示对超大型结构的可扩展性——所有这些都非常重要, 但还没有定义. 九卅体育有能力应对这些挑战.”

APL的多学科专长

APL团队习惯于解决以前未解决的挑战. “在APL, 九卅体育进行开创性的研究,目标是改变游戏规则的突破,有利于国家安全任务,” 安德鲁Merkle他是APL的负责人 研究和探索性开发任务区域. 为此,九卅体育将有才华的科学家和工程师组成的多学科团队聚集在一起,共同应对艰难的挑战,为APL和九卅体育的赞助商创造未来.”

展望未来,团队思考的问题不仅仅是“这些可以建造吗??以及“这些将如何建造和测试。?’”特雷克斯勒解释说,“九卅体育在思考,‘这些巨大的太空结构能带来什么?’”

APL的方法依赖于思想和领域知识的交叉授粉. 的 由多学科专家组成的团队构思并进行了设计思维练习, 从而为NOM4D能力带来了几个“预期的未来”, 随后进行了深入分析.

“APL是独一无二的,”Trexler说. “除了九卅体育对材料研究的强烈关注, 九卅体育在航天器设计方面也有专长, 制造和测试, 传感与成像, 电力和能源, 以及太空中的操作场景. 因此,九卅体育了解了整个谱系,并可以将其编织在一起. 九卅体育在这里拥有所有的专业知识,并利用NOM4D的交叉点.”

媒体联络: 波莱特·坎贝尔,电话240228-6792, 波莱特.Campbell@miditext.com

应用物理实验室, 九卅体育的非营利部门, 通过科学和技术的创新应用,应对国家面临的重大挑战. 更多信息,请访问 science.miditext.com.

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