学生的月球垫可以帮助美国宇航局重返月球福安

学生的月球垫可以帮助美国宇航局重返月球

当NASA首次将人类送上月球时，宇航员经常由于在下降过程中扬起的尘埃云而在月球表面进行危险的盲降。 借助由美国国家航空航天局支持的学生团队设计的3D打印月球登陆垫，宇航员可以避免在未来的登月任务中重复这些痛苦的经历。

来自美国10所大学和学院的学生开发的着陆垫的形状可最大程度地减少火箭着陆烧伤引起的月球尘云，最终可以由月球上发现的月球重矿物制成该垫的原型计划于3月初在得克萨斯州斯威夫特的学生和NASA工程师的密切关注下进行火箭高温射击测试。

“我们证明您可以使用我们现有的原型3D打印结构，”西雅图华盛顿大学材料科学与工程专业学生，Lunar PAD团队的首席研究员海伦·卡森说。“无论现在还是现在，我们都可以根据材料的发展方向灵活地选择不同的方向。”

这样的月球PAD概念对于美国宇航局当前旨在通过阿耳emi弥斯计划使人类返回月球的路线图可能特别有用; 美国航天局已经与SpaceX，Blue Origin和Dynetics等公司签定了合同，开始为人类月球着陆器研制构想。

减少因 尘埃云中盲目飞行而可能发生的灾难的风险，可以使将来的任何月球着陆都受益 。此外，由发动机排气加速加速的灰尘和岩石可能对已经位于月球表面的宇航员，机器人或其他设备构成严重威胁。

Lunar PAD团队于2019年夏季在NASA的L'SPACE 虚拟学院期间首次集会。Carson和她的同事赢得了NASA提案撰写和评估过程的资金， 以推进该项目并于2020年6月在NASA马歇尔太空飞行中心作演讲。 学生们还在 2021年1月19日至21日举行 的 AIAA科技论坛和博览会上发表了有关Lunar PAD的 论文。

多学科，多大学的团队提出了一个解决方案，当人类重返月球时，宇航员最肯定会面临这个问题。

团队的早期想法包括创建一个可充气的导流板，该导流板将由火箭发动机的排气装置充气，并阻止从护垫的着陆区向外炸开的任何碎片。但这将需要将在地球上制造的灵活而耐用的材料运输到月球。

“T帽子付很漂亮的材料选择和设计，以及它的实际交通复杂，说：” 卢克·马丁，一个机械工程专业学生在亚利桑那州立大学。“因此，我们尝试提出其他更多的现场资源创意。”

Lunar PAD当前具有一个顶层，火箭和月球着陆器都可以降落和发射。但是，减轻最严重的尘埃云或加速至高速的小颗粒的关键是位于顶层下方的焊盘的开放内部空间。顶层倾斜的炉排会引导火箭废气进入内部空间。

打击垫的内部包括通风口分隔物-一些形状像泪珠或小叶的形状-有助于引导火箭废气和所有伴随的灰尘或岩石颗粒从打击垫的中心向外传播。排气分隔器的美观布局被证明是最有效的模式，是通过流量模拟测试的多次迭代得出的。

檀香山Kapiolani社区学院的机械工程专业学生Vincent Murai说：“它非常实用，非常高效，而且碰巧也很漂亮。”

排气和任何伴随的颗粒通过特定的出口离开垫子的内部空间，该出口 嵌入圆形垫子的外壁。这种扩散器由空心矩形块组成，该矩形块还可以包括风扇，这些风扇将 火箭排气中的一些多余能量 转换成圆形风扇运动，并用旋转的风扇叶片阻挡一些颗粒。

通过风扇的任何高速颗粒也会遇到在全尺寸版本的护垫出口正上方放置的导流板。围绕着着陆板的“围裙”还将包括一个周向偏转器壁，用于将任何剩余的废气推进颗粒向上引导并远离附近的任何航天器，人员或建筑物。

垫子的小规模原型是由奥斯汀公司ICON开发的龙门式3D打印机制造的 。该公司已经在与NASA合作， 使其3D打印技术适应 于月球和火星的太空建设。

3D打印电子秤垫原型的主要层仅用了一天时间。该团队还花了三天的时间来完成一些任务，例如使用打印机在混凝土中填充各种组件并修补或平滑垫的某些部分。人们还必须手动安装光纤传感器以检测应变和温度的变化。

但是，建筑中劳动强度最大且动手的部分涉及修剪和放置预先切割的水溶性泡沫块，以为垫块的悬垂区域提供临时的结构支撑。在月球或火星上大规模建造这种垫块，将需要一种不同的，理想的更有效的解决方案来提供这种可移动的支撑物。

明尼苏达州立大学曼凯托分校综合工程系学生安德列斯·坎贝尔说： “经过几天的切割，包裹和插入泡沫后，变得尤为明显，这可能不是宇航员时间的最佳利用方式。”以及该团队的首席调查员。“这也将是机器人复杂的事情。”

无论如何，全面，可操作的Lunar PAD不必独自承担减尘工作。例如，卡森最初提出了一种电动防尘罩技术，该技术可利用月球尘埃带电的特性，将尘埃从地垫上被动地推出。诸如坎贝尔所说的“太空Roomba ”机器人等自动清洁工具 也可以帮助保持发射区和着陆区无尘。

卡森说：“将垫子不仅可以与电动防尘罩结合使用，还可以与任何形式的被动式减尘系统结合使用的想法仍然值得考虑，”卡森说。“因为除了那个垫子，您仍然会有灰尘，这些灰尘可能会被表面上的其他活动踢走。”

3D打印的护垫概念最终可能会证明对未来前往火星和其他目的地的任务很有用。这种垫的设计必须考虑到火箭羽流和尘埃云在大气和重力上的某些差异，更不用说诸如月球的带静电尘埃粒子和火星沙尘暴之类的因素了。尽管如此，该团队还是设计了这种垫子，可以在月球着陆场景之外发挥作用。

“我们的目标是为所有外星环境建立一个可重复使用的护垫，” Murai说。

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