佛羅裏達大學的研究人員正在探索一種製造技術，未來可能幫助宇航員在月球上利用當地材料建造工具、替換零件，甚至是結構。這種方法被研究人員形容為一種「激光摺紙」，使用集中的激光束來彎曲和塑形材料，無需直接接觸。這項技術有望減少未來月球任務需要從地球攜帶的設備和供應品，從而降低成本並增加長時間太空探索的靈活性。該項目由佛羅裏達大學材料科學與工程系的副教授維多利亞·M·米勒及阿斯特拉尤斯太空研究所的研究人員領導。
團隊的最新研究成果近期發表在《製造與材料加工中的激光》期刊上。
激光成形技術有助於減少太空任務的成本
無需重型機械的製造方法傳統製造通常依賴笨重的工具、壓機、模具及其他設備來將材料塑造成有用的組件。這種方法在地球上運行良好，因為重量和體積通常不是主要限制。然而，太空任務的運作條件截然不同。每公斤進入軌道的物品都需要支付成本，而將大量機械運輸到月球或火星變得越來越不切實際。激光成形提供了一種替代方案。這個過程不需物理壓迫或切割材料，而是使用激光產生的高度集中的熱量來創造可控的內部應力，將材料彎曲成所需形狀。
由於這個過程無需直接接觸、重型工具或模具，對未來的太空製造系統尤其具有吸引力。
米勒在大學發布的評論中解釋道：「當我們在地球上建造東西時，我們有機械設備。進行傳統製造時，龐大的機械設備及其重量和體積並不是真正的限制。」她指出，在太空中，每一個工具都會增加重量、體積和發射成本。
利用月球資源建造未來的太空設施
將月球塵土轉化為建材這項研究的一個最引人注目的方面是月球表面的月球土壤。科學家們長期以來將月球土壤視為未來月球基地的潛在資源，因為從地球運輸建材的成本極高。為了測試這一概念，團隊的一位合作者使用月球土壤模擬物質製造了玻璃，這種材料旨在模擬實際月球塵土的特性。研究人員隨後應用激光成形過程，成功地將生成的月球玻璃彎曲成新形狀。這次實驗證明，來自月球資源的材料可以直接在月球上製造和改造。
這種能力可以支持使用當地可用材料而非進口供應品來建造居住空間、基礎設施組件、保護結構和專業工具。
超越月球團隊的最新研究集中於另一個重要挑戰：理解激光成形在不同大氣條件下的行為。這個問題尤其相關，因為在月球上製造將在幾乎完全真空的環境中進行，而未來的任務可能涉及與地球截然不同的環境。研究人員發現，研究這些條件可以幫助確定激光基製造系統在太空中的運作方式。米勒表示，這項技術最有前途的方面是其多功能性。「我最興奮的事是我們幾乎可以彎曲任何東西。」她説。「我尚未找到無法彎曲的材料，甚至包括玻璃。」
儘管這項技術仍處於研究階段，但它與許多太空機構所共同追求的更大目標一致。使宇航員能夠在需要時利用目的地現有資源製造所需物品。如果成功，未來的月球探索者可能不需要在發射前攜帶每一個備用零件。他們可以簡單地利用激光、當地材料和一些工程智慧即時創建新組件。
