Шаг к освоению других планет. Каким будет марсианский дом?
Конкурс был частью большой программы, разработанной НАСА и Университетом Брэдли. Сама программа называется Centanial Challenges и курируется Управлением космических технологий Агентства. Головной офис Управления находится в Центре космический полётов имени Маршалла (Хантсвилл, штат Алабама). В рамках проведения конкурса Университет Брэдли сотрудничал со спонсорами: Caterpillar, Bechtel и Brick & Mortar Ventures.
Подробнее о конкурсе нам рассказал участник команды SEArch+/Apis Cor, ведущий инженер компании Apis Cor, Никита Жеребцов.
Как мы решились
Конкурс, впервые стартовавший в 2015 году, был многокомпонентным и состоял из трёх этапов. В первом конкурсанты представляли свой дизайн марсианского дома. На втором этапе оценивались технологии материалов. На заключительном этапе печаталась масштабная копия марсианского жилища.
«Хотя мы давно знали о существовании конкурса НАСА, мы долго не решались попробовать. Но после того как мы напечатали свой первый дом и отработали технологию, осознали, что нам по силам все испытания конкурса», - поделился с нами Никита Жеребцов.
Поясним, что испытание проводится национальным агентством США, поэтому, по его условиям, иностранная компания не может быть самостоятельным участником, рассматриваются только предложения американских компаний или иностранных компаний совместно с американскими.
«Изучив компании и архитектурные бюро США, мы решили идти на конкурс совместно с архитектурной студией SEArch+ (Нью-Йорк)», - рассказал Никита.
«3D-Printed Habitat Challenge» с участием Apis Cor и SEArch+ проходил в течение 2018 года.
Level 1. Virtual Construction Level of 3D-Printed Habitat Challenge
На этом этапе перед участниками ставилась задача создания полномасштабного проекта Марсианского здания с использованием программного обеспечения для 3D-моделирования. Баллы начислялись на основании архитектурного макета, эффективного использования внутреннего пространства, возможности масштабирования, и конструктивности среды обитания.
«Мы провели большое исследование особенностей поверхности Марса: уровне радиации, температуре, силе гравитации и других не менее важных фактах Красной планеты, - рассказывает Никита Жеребцов. - Проект здания должен быть максимально приближенным к реальности, так как возможно, именно наш вариант будет применяться будущими колонизаторами».
Стоит отметить, что сила гравитации на Марсе в три раза слабее земной, следовательно, вес строительной смеси в три раза меньше, чем на Земле. Это облегчает печать любых конструкций, в том числе, наклонных и горизонтальных. Проблема же при подборе смеси состояла в перепадах температур – она была решена за счёт изменения состава смеси для печати.
«Другой немаловажной проблемой стала защита от радиации, чей уровень на Марсе очень высок. Совместно с SEArch+ мы создали двухслойную крышу покатой формы, чтобы обеспечить наилучшую защиту от радиационного излучения, - объяснил Никита. – Это было удачным решением, потому что по итогам конкурса виртуального дизайна наша команда заняла первое место».
Construction level 1. Foundation Construction Stage of NASA’s 3D-Printed Habitat Competition
В качестве практической части ставилась задача создать плиту фундамента будущего здания без вмешательства человека. Оценочными критериями была прочность, долговечность и состав материала. Также плита должна была выдерживать значительные перепады температур (то есть замерзание и оттаивание).
«К оценке нашей работы подошли практично. Проверяя прочность, спортивное ядро для метания бросали на плиту три раза с высоты 4 метра. Таким образом имитировался удар метеора», - вспоминает инженер компании «Apis Cor».
Главным критерием оценки, однако, всё же была автономность. Очевидно, что человек лично ещё долго не сможет строить на Марсе – этим займутся роботы. Но и прочность важна, ведь созданные конструкции должны простоять как можно дольше, чтобы они могли быть использованы впоследствии прибывшими колонистами.
«Наш фундамент занял первое место», - подтвердил Никита.
Construction level 2. Hydrostatic Test Stage of 3D-Printed Habitat Challenge
В заключительном этапе конкурса необходимо было напечатать масштабную модель марсианского дома с параметрами: высота стен – 2 метра, диаметр – 2 метра, фундамент – не менее 10 сантиметров. Существовало два важных ограничения: 1) весь процесс печати должен был проходить автономно (без участия человека), это же касалось монтажа необходимых инженерных коммуникаций; 2) так как атмосфера Марса практически полностью состоит из углекислого газа, подобное здание должно было быть абсолютно герметичным.
Как сообщил ведущий инженер, «Сложностью для нас было то, что все тесты этого этапа конкурса проходили на территории США. Напряжение сети и частота в Америке отличаются от норм в РФ (100-127 Вольт, 60 Герц против 220 Вольт, 50 Герц). Мы использовали частотный преобразователь и изменили электрическую цепь своего оборудования. Также возникло множество технических задач. Например, диаметр конструкции, согласно условиям, 2 метра. Нам потребовалось подготовить новую смесь, чтобы время застывания слоя составляло 5 минут, и усовершенствовать систему подготовки и подачи смеси».
Быстрозастывающая смесь была необходима для того, чтобы предыдущий слой успел застыть и впоследствии мог держать вес следующего слоя.
«Вы только представьте, после момента добавления воды в смесь, она превращалась в камень через пять минут, при этом сохраняя отличную адгезию, прочностные свойства, не растрескиваясь и сохраняя форму», - заслуженно гордится Никита Жеребцов.
Неожиданные вопросы
А где взять саму смесь? Неожиданный организационный вопрос встал почти сразу: заводы-изготовители сухих строительных смесей выдают за день сотни тонн готовой продукции. Вопрос – где взять ничтожно малое, с точки зрения промышленности, количество в 10 тонн смеси, необходимых для конкурса? Ни одному подрядчику не выгодно останавливать производство ради такого заказа. Вот так решили эту задачу Никита и его команда:
«Поняв, что помощи ждать неоткуда, мы просто самостоятельно изготовили смесь. Прямо на тестовую площадку мы привезли всё необходимое, собрали смеситель по типу «пьяной бочки» и практически руками (с помощью самодельного оборудования малой механизации) произвели смесь. Параллельно программисты решали проблему синхронизации. Роботу нашего 3D-принтера необходимо было синхронизировать с рукой-манипулятором, которая укладывала инженерные коммуникации в ходе печати».
Полный процесс печати «от и до» занял чуть более шести часов. Никите запомнились испытания на герметичность (гидростатический тест):
«
Говоря упрощённо, отпечатанную конструкцию наполнили водой и смотрели, нет ли протечек. С увеличением высоты воды в конструкции, увеличивалось значение давления на основание стены, что в свою очередь увеличивало наше волнение во время теста. Так как в случае нехватки прочности конструкции, мы бы залили площадку и все оборудование почти 6 тысячами литров воды. Но наша конструкция стойко выдержала все испытания», - улыбается Никита. Полное видео процесса печати доступно по ссылке:
https://www.youtube.com/watch?v=SLHAj8cl3R4. «Лишь ставя перед собой всё более сложные задачи, мы добиваемся высоких результатов»
«По завершению конкурса, мы ждали результатов последнего этапа более двух месяцев и были, признаться, приятно удивлены первому месту. Мы получили высший балл, как за полную автономность процесса печати, так и за укладку инженерных коммуникаций и герметичность напечатанной конструкции».
Никита Жеребцов признался, что до «3D-Printed Habitat Challenge» он видел свою работу более узко – как разработку строительного оборудования. Но новые возможности применения технологии строительной 3D-печати, опробованные на конкурсе, позволили ему расширить свои горизонты:
«Лишь ставя перед собой всё более сложные задачи, мы добиваемся высоких результатов. Требования конкурса заставили нас мыслить нестандартно, чтобы решить множество сопутствующих проблем. Именно благодаря этому мы сделали большой шаг в новом направлении развития строительной 3D-печати», - резюмирует Никита, ведущий инженер компании «Apis Cor».
поделиться статьей с друзьями
добавить сообщение