近日，阿尔忒弥斯2号任务发射升空，四名宇航员搭乘飞船，执行半个多世纪以来的首次载人绕月飞行。他们携带了通用废物管理系统（UWMS），这是首个在载人深空飞行中投入使用的实用型马桶。此后，UWMS被描述为“3D打印钛合金”马桶。但这种说法究竟有多准确呢？
UWMS并非一套全新的系统。柯林斯宇航公司于2015年与NASA签订了一份价值约3000万美元的合同，开始研发该系统。首个原型机于2020年抵达国际空间站进行测试。在阿尔忒弥斯2号任务中搭载于猎户座飞船上的版本，是该型号的紧凑型深空版本。
图片来源：百度
增材制造技术在哪些方面发挥作用？
2020年9月，在UWMS被送往国际空间站的前几天，NASA在其官方Tumblr账号上宣布，这款太空马桶配备了“一个用于双风扇分离器的3D打印钛合金盖”。该分离器（双风扇分离器或DFS）是UWMS的机械核心：它产生气流，在失重状态下将废物输送到收集容器中。
大约在同一时间，宇航员安德鲁·摩根在与美国国家科学基金会举行的一次虚拟会议上提供了更多细节，他在会上表示，该系统“还采用了许多新技术，包括3D打印的钛部件”。
为什么这些零件要用3D打印技术？
制造工艺的细节尚不明确，但其设计逻辑可以推断。DFS盖的几何形状复杂：每个涡轮机都有两个独立的蜗壳，气流通道的压力要求各不相同，此外还有一个用于容纳离心分离器及其减速器的外壳。用钛合金一体成型这种几何形状，正是增材制造技术的优势所在。选择钛合金是因为它能够抵抗尿液酸性预处理带来的腐蚀。在这里，3D打印技术可以将多个组件组合成一个更轻、潜在故障点更少的单一部件。
在阿尔忒弥斯二号任务期间，UWMS系统出现多次故障。DFS电子控制器在发射一小时后停止工作。几天后，尿液在外部通风管道内结冰，任务控制中心不得不旋转太空舱，利用阳光融化管道内的冰冻物。目前为止，没有迹象表明3D打印部件与这些故障有关。
对于阿尔忒弥斯3号任务而言，两名宇航员将在月球表面停留数周，因此UWMS系统需要表现得更加出色。柯林斯宇航公司和NASA必须评估每个部件在发射振动和深空高温暴露后的疲劳、腐蚀和结构完整性。如果这些分析也涵盖3D打印部件的性能，我们最终将获得关于3D打印钛合金在近地轨道以外耐久性的具体反馈。
0 留言