مونتاژ خودکار در فضا آینده است و NOM4D راه را نشان می دهد

ویرایش شده توسط لیزا لاک، بررسی توسط رابرت ایگان

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

اگر چیزهای بزرگی را در فضا می خواهیم، باید آنها را در آنجا بسازیم و مونتاژ کنیم. فیرینگ های موشک به اندازه کافی بزرگ نیستند تا چیزهای بزرگی را که ما می خواهیم در فضا داشته باشیم را در خود جای دهند. نه تنها این، بلکه معادله موشکی سرسخت حاضر نیست خود را به خواسته های ما خم کند.

تلسکوپ هایی مانند JWST دارای طرح های تاشو مبتکرانه ای هستند که مانند دگردیسی حشرات در فضا آشکار می شوند. این یک راه بسیار چشمگیر برای دور زدن محدودیت های اعمال شده توسط پرتاب موشک بود. اما این در هر مورد عملی نیست.

آنچه بسیار امکان پذیرتر است، فرستادن اجزای کوچکتر به فضای داخل فیرینگ و سپس مونتاژ آنها در یک ساختار بزرگتر است. این چیزی است که NOM4D، برنامه جدید تولید مداری و ماه، مواد و طراحی با کارآمد انبوه، نشان می دهد. NOM4D اخیرا با موفقیت مونتاژ خودکار در فضا برای اولین بار به نقطه عطف مهمی رسید.

این نمایش شامل یک ربات دروازه ای بود که به عنوان ربات خطی نیز شناخته می شود، یک ساختار خرپایی معمولی می ساخت. ربات های دروازه ای در خطوط مستقیم در امتداد محورهای x، y و z حرکت می کنند. محموله از Caltech آمده بود و شامل اجزای جداگانه با اتصالات سفارشی بود که برای تشکیل ساختار کنار هم قرار گرفتند. اجزای جداگانه نه تنها مونتاژ شدند، بلکه یک شبکه بازتابنده نازک که شبیه آنچه یک آنتن مبتنی بر فضا ممکن است داشته باشد نیز به طور همزمان اعمال شد.

اندرو دتور، مدیر برنامه NOM4D گفت: "هدف NOM4D ایجاد کارآمد و مقیاس پذیر ساختارهای بسیار بزرگ در فضا است." منظور من از "بسیار بزرگ" صدها متر یا کیلومتر در مقیاس است. امروز نمی توان به چیزی نزدیک به آن مقیاس دست یافت."

هیچ کمبودی در مورد چگونگی استفاده از تولید و ساخت فضایی وجود ندارد، اما همه چیز با برنامه هایی مانند NOM4D شروع می شود. NOM4D در این مرحله بسیار ساده است، مانند اسباب بازی ساخت و ساز کودک، اما این نقطه قوت آن است.

دتور گفت: «می‌توانید رویکرد Caltech را شبیه به اسباب‌بازی‌های ساخت‌وساز Tinkertoys یا K'nex در نظر بگیرید: اعضای خرپایی جداگانه در گره‌ها، یک بخش در یک زمان، برای ایجاد یک ساختار بزرگ‌تر به هم متصل می‌شوند. "در جعبه مونتاژ خودکار، هر بخش تکه تکه ساخته می‌شود، یک شبکه بازتابنده متصل می‌شود، و بخش‌های مونتاژ شده همانطور که کامل می‌شوند مستقر می‌شوند. هیچ رباتیک پیچیده یا الگوریتم‌های پیشرفته‌ای وجود ندارد؛ این فقط مهندسی جامد از تیم Caltech است تا عملیات‌ها را به‌گونه‌ای ترکیب کند که مقیاس‌پذیر شود."

دهه‌ها پیش، متفکران انواع مختلفی از ایستگاه‌های فضایی چرخشی را پیشنهاد کردند که می‌توانست خانه‌ای برای هزاران نفر باشد. استوانه اونیل احتمالا شناخته شده‌ترین یکی از این استوانه‌ها است، و سرهای فضایی و رویاپردازان علمی تخیلی در یک سن خاص ممکن است نسخه‌ای با گوش سگی از «مرز بلند: مستعمرات انسانی در فضا» اثر جرارد کی اونیل را با خود حمل کرده باشند.

اونیل می نویسد: «مهمتر از مسائل مادی، فکر می کنم دلیلی وجود دارد که امیدوار باشیم که گشودن یک مرز جدید و بلند بهترین چیزی را که در ما وجود دارد به چالش بکشد، که سرزمین های جدیدی که در انتظار ساختن در فضا هستند به ما آزادی جدیدی برای جستجوی دولت ها، سیستم های اجتماعی و شیوه های زندگی بهتر بدهد، و این که فرزندان ما ممکن است از این طریق با تلاش های ما در دهه های آینده، جهانی غنی تر از فرصت ها پیدا کنند.

استوانه اونیل در حال حاضر در قلمرو علمی تخیلی یا آینده دور نهفته است، همانطور که امیدهای اونیل برای بشریت نیز وجود دارد. اما این 50 سال پیش بود، و فناوری به طور قابل توجهی پیشرفت کرده است، حتی اگر نحوه رفتار انسان ها با همان سرعت پیشرفت نکرده باشد.

اما سازه‌های فضایی پیشنهادی دیگری وجود دارند که به واقعیت نزدیک‌تر هستند، و ممکن است مراحلی به سوی چشم‌انداز امیدوارکننده اونیل باشند که می‌تواند توسط NOM4D یا جانشین آن ساخته شود.

ممکن است با ایستگاه های انتقال مدار پایین زمین و ایستگاه های مدار ماه شروع شود که حضور ما را در فضا گسترش می دهد. دروازه قمری پیشنهادی یکی از این موارد بود و به عنوان یک طرح مدولار ساخته شده در فضا از اجزای از پیش ساخته شده در نظر گرفته شد. این یک ایستگاه اتصال و تاسیسات رله ارتباطی برای سفر به سطح ماه و عملیات در آنجا خواهد بود. این نوع تاسیسات مداری می توانند ترکیبی از اجزای از پیش ساخته و چارچوب های ساختاری ساخته شده توسط NOM4D یا چیزی شبیه به آن باشند.

یکی دیگر از کاربردهای آینده برای ساخت و ساز مقیاس پذیر مربوط به لوله های گدازه ماه است. ماه دارای شبکه‌هایی از لوله‌های گدازه زیرسطحی است که به طور طبیعی در برابر خطرات محافظت می‌کنند. می‌توان از مونتاژ رباتیک برای تقویت این لوله‌های طبیعی و تبدیل آنها به زیستگاه استفاده کرد.

ایده دیگر تلسکوپ های آینه ای مایع است. ساخت یک آینه تلسکوپ عظیم و فرستادن آن به فضا تقریبا غیرممکن است، اما یک تلسکوپ آینه ای مایع را می توان در دهانه ماه از اجزایی که به صورت جداگانه به فضا فرستاده می شود، ساخت. و تلسکوپ رادیویی دهانه ماه ناسا (LCRT) مفهومی برای یک تلسکوپ مبتنی بر دهانه در سمت دور ماه است که از آلودگی رادیویی زمین جدا شده است. این ایده‌ها در انتظار رسیدن مهندسین هستند.

دتور گفت: «در اقتصاد فضایی آینده، ما به چیزهای بزرگ نیاز خواهیم داشت. به انبارها یا زیستگاه‌های فضایی بزرگ، آرایه‌های خورشیدی بزرگ برای جمع‌آوری نیرو، یا آنتن‌های رادیویی بزرگ برای کاوش در لبه‌های کیهان فکر کنید. این چیزها به اندازه نیاز دارند و NOM4D راهی برای تسریع ایجاد قابلیت‌های جدید به ما می‌دهد.»

پیشرفت سریع برنامه NOM4D حتی خود پرسنل NOM4D را شگفت زده کرد. انتظار نمی رفت این نمایش موفقیت آمیز در مدار به این زودی اتفاق بیفتد.

در فوریه 2025، NOM4D جدول زمانی خود را تغییر داد. آنچه که انتظار می‌رفت فاز سوم آزمایش‌های آزمایشگاهی بیشتر باشد، در عوض به آزمایش‌های روی مدار تغییر یافت و اسپیس‌ایکس محموله NOM4D Caltech را در مارس ۲۰۲۶ به فضا پرتاب کرد.

دتور در آن زمان گفت: «Caltech [موسسه فناوری کالیفرنیا] و دانشگاه ایلینویز Urbana-Champaign پیشرفت‌های فوق‌العاده‌ای را در دو مرحله اول از خود نشان داده‌اند و اکنون در فاز 3 با شرکت‌های پرتاب فضایی برای انجام آزمایش‌های فضایی فرآیندهای مونتاژ جدید و مواد خود شریک شده‌اند.

دتور گفت: "در ابتدا، فاز 3 قرار بود چیزها را با دقت بیشتری در آزمایشگاه بسازیم تا ما در فاز 2 انجام دادیم. اما ما گفتیم، "می دانید، بلوغ وجود دارد، و اگر ما توانایی هایی را که در حال حاضر داریم استفاده کنیم و در واقع آنها را در فضا نشان دهیم تا نشان دهیم می توان انجام دادیم، تاثیر بیشتری خواهد داشت."

اکنون، بسیار جلوتر از برنامه اولیه خود، NOM4D توانایی های خود را نشان داده و به سرعت در حال رشد است. همانطور که Detor مشخص می کند، جهش از آزمایشگاه به فضا یک پرش بزرگ است.

دتور گفت: "این سرعت و مقیاس است که این پروژه را به یک پروژه دارپا تبدیل کرده است. ما از ایده یک نسخه نمایشی در مدار به پرتاب یک نمونه اولیه به فضا در 15 ماه رسیدیم." "عملیات در فضا بسیار سخت تر از عملیات روی زمین است - عملا هیچ حاشیه ای برای پرداختن به مسائلی که ممکن است پیش بیاید وجود ندارد. آزمایش در محیط عملیاتی برای بلوغ سریع فناوری مفید است."

اکنون آزمایش دیگری برای NOM4D وجود دارد که مونتاژ موفقیت آمیز در مدار را نشان داده است. در مرحله بعد، تیم NOM4D از دانشگاه ایلینویز Urbana-Champaign یک پروژه آزمایشی را برای ISS راه اندازی خواهد کرد. این چیزی بیش از مونتاژ خواهد بود. پردازش مواد مرکب را نشان خواهد داد.

از رزین مونومر برای ساخت سازه ای با مقاومت بالا در فضا استفاده خواهد شد. از یک روش کم مصرف برای گرم کردن رزین و ایجاد یک پلیمر قوی استفاده می کند. این مشابه نحوه استفاده از رزین ها در تولید پلیمرهای تقویت شده با فیبر کربن (CFRP) برای ساخت چیزهایی مانند اجزای هوافضا است که در آن استحکام و وزن سبک بسیار مهم است.

به گفته Detor، اگر آن آزمایش موفقیت آمیز باشد، واقعا زمان آن فرا رسیده است که شروع به تفکر بزرگ کنید.

دتور گفت: "نمایش NOM4D Caltech یک نقطه پایان نیست، بلکه یک شروع است." اکنون که فرآیندی را نشان داده‌ایم که می‌تواند به سازه‌های بزرگ برسد، چه چیزی بسازیم؟ چه ایده‌های وحشی هزاران مایل بالای سر ما جمع می‌شوند و آن ساختارها چه قابلیت‌های جدیدی را ممکن می‌سازند؟

آیا زمان باز کردن دوباره کتاب اصلی اونیل فرا رسیده است؟ استوانه اونیل، OG زیستگاه های فضایی. شاید یک روز اعتبار: NASA/Rick Guidice—https://space.nss.org/settlement/nasa/70sArtHiRes/70sArt/art.html (لینک تصویر)، دامنه عمومی

لیسانس تاریخ هنر، کارشناسی ارشد فرهنگ مادی. سردبیر سابق موزه، پیراپزشک و هماهنگ کننده پیوند. ویرایش برای Science X از سال 2021. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →