Astronauten Andreas Mogensen ska testa 3D-metallutskrift i rymden
Idag, när astronauterna på den internationella rymdstationen, ISS, saknar verktyg eller reservdelar, får de för det mesta klara sig utan. Det är dyrt och tidskrävande att skicka nya förnödenheter, därför kommer de först med ett halvårs försening när ett nytt uppdrag börjar. Om uppdraget går till Mars eller månen kan väntetiden vara upp till 26 månader.
Men tänk om du kunde 3D-printa komponenterna i rymden? 2014 användes för första gången en 3D-skrivare på ISS, där astronauter skrev ut en liten platta med inskriptionen "Made in Space" i plast. Metalltryck i rymden är ett okänt territorium, men har stor potential, säger professorn vid DTU Space, John Leif Jörgensen.
– Med 3D-metallutskrift på marken kan man göra en mycket starkare struktur, vilket är toppmodernt. I rymden kan du dra fördel av att det inte finns någon gravitation, varm och kall luft är lika tunga. Detta ger en jämnare kylning av ytan och bör innebära att kvaliteten blir bättre i rymden. Av praktiska skäl måste 3D-skrivaren placeras inne i ISS tillsammans med astronauterna, förklarar John Leif Jörgensen.
Andreas Mogensens rymduppdrag:
- För andra gången i karriären ska astronauten Andreas Mogensen vara på ett uppdrag i rymden.
- Av de 30 tester som Andreas Mogensen måste genomföra på sitt uppdrag är 10 av dem danska. En av dem av 3D-metallutskrift i viktlöshet, där Airbus har levererat skrivaren och DTU har designat ett unikt tryck. DTU kommer därefter att analysera utskrifter gjorda av skrivaren på jorden och i rymden.
- Driften av 3D-metallskrivaren sker från jorden, så det blir Andreas Mogensens uppgift att ta bort färdiga utskrivna element från skrivaren och sätta in nya metallskivor.
- Andreas Mogensen och de tre andra astronauterna ska ha skjutits upp den 25 augusti från Kennedy Space Center i Cape Canaveral i Florida, USA.
Som den första icke-amerikanen kommer Andreas Mogensen att vara pilot på ett NASA-lett uppdrag. Det är alltså han som sitter högst upp på rymdfarkosten Crew Dragon när den skickas iväg mot ISS. Dessutom finns tre andra astronauter.
2015 varade hans uppdrag på den internationella rymdstationen, ISS, i 10 dagar. Den här gången blir han borta i ett halvår.
Källa: Utbildnings- och forskningsministeriet, DTU, Videnskab.dk
Professorn är mycket spänd på om det kommer att lyckas med att skapa en 3D-metallutskrift, eftersom man av goda skäl inte vet hur metallen kommer att bete sig i ett viktlöst tillstånd. Andreas Mogensen ska delta i minst två av de fyra försöken, där den specialutvecklade skrivaren från franska Airbus ska försöka återskapa fyra unika 3D-metallutskrifter som samma skrivare har gjort på jorden.
Men 3D-metallutskrift i rymden innebär en rad unika utmaningar, säger John Leif Jörgensen.
– Alla 3D-skrivare på jorden läcker, och det får man inte andas in. Det går inte att ventilera på rymdstationen, så 3D-skrivaren är helt innesluten. Den måste också klara uppskjutningen, så det är ett litet tjockt fodral, väldigt robust.
Trycket skapas inte heller via sintring av metallpulvret som vi känner till på jorden.
– Om vi använde pulver skulle det flyta runt i viktlöst tillstånd. Den kan helt enkelt inte stå still. Så istället använder man en tråd som värms upp, och sedan svetsas stålet med stor precision i förhållande till varandra. Lager på lager smälts det sedan samman för att bilda det önskade objektet, förklarar John Leif Jörgensen.
Store metalprint i rummet
Medan European Space Agency hoppas att 3D-metallutskrift kan göra framtida uppdrag enklare, hoppas John Leif Jörgensen att DTU kan använda resultaten i sitt arbete för att bygga instrument för rymdfarkoster.
– På DTU tillverkar vi de navigationsinstrument som används i många rymdskepp. Att fixa materialen är en utmaning, eftersom navigationsinstrumenten ofta är mycket bättre än vad metallindustrin kan ge oss. Så jag är väldigt exalterad över att jämföra utskriften från rymden och jorden. Kanske kommer de på sikt att vilja skriva ut vissa delar av framtida rymdfarkoster direkt i rymden, säger John Leif Jörgensen.
På längre sikt hoppas professorn att 3D-metallutskrift kan bidra till att främja återvinning av rymdskräp direkt i rymden, så att det inte behöver brännas upp på väg ner genom atmosfären som i dag. Han ser också möjligheter att skörda solens strålar på solgårdar, som är tryckta i rymden.
– Det ligger i framtiden, men några av de saker som tar mycket plats på jorden är solceller och vindkraftverk. En möjlighet är att göra solgårdar i rymden, som kan fungera både dag och natt. Det blir också dubbelt så effektivt, eftersom solens ljus inte behöver passera genom atmosfären först. Det finns för närvarande planer på att göra den här typen av solgårdar, och testanläggningar byggs för att se i vilken skala de kan göras. Då kan man använda marken till vad man vill, och använda utrymmet för att skapa energi, säger John Leif Jörgensen.
Även om det är osannolikt att många danska företag kommer att göra 3D-metallutskrifter i rymden ännu så ser John Leif Jörgensen en stor fördel med att det är en dansk astronaut som ska genomföra experimentet.
– Danmark har varit väldigt långsamma med att komma igång med 3D-printning, men nu är vi ikapp. Så vår förhoppning är att om 3D-metallutskrift i rymden fungerar så bra som det lovar, så ligger vi i framkant av denna utveckling. Danska företag kan vara med från start eftersom de får information på samma nivå som USA. På sikt hoppas vi att man kan göra dubbla strukturer och inre håligheter i rymden, som man inte kan göra i 3D-metallutskrift på marken. Det finns många perspektiv, föreställ dig bara en maskinist som trycker stålkonstruktioner på månens yta från sin arbetsplats här på jorden. Det hade varit något, säger John Leif Jörgensen.