在惡劣的月球上建立永久定居點面臨著無數(shù)的工程挑戰(zhàn)。
月球上的建筑因其劇烈的溫度波動（從-387華氏度到260華氏度）、幾乎完全沒有大氣層以及相當(dāng)弱的引力而變得復(fù)雜。
這些極端條件使得即使是簡單的任務(wù)，如連接金屬，也變得極其復(fù)雜。
但敬業(yè)的科學(xué)家和工程師正在直面這些挑戰(zhàn)。德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校的李偉（音譯）博士就是這樣一位創(chuàng)新者。
該團隊正在為月球建造一個虛擬焊接工具，以解決大型建筑的組裝問題。
焊接仿真解決現(xiàn)實挑戰(zhàn)
焊接是一種重要的金屬連接工藝，用于在太空中建造堅固的大型結(jié)構(gòu)，包括棲息地、研究設(shè)施和其他基礎(chǔ)設(shè)施?？煽康暮附訉ξ磥?a class="keyword-search" >太空任務(wù)的安全和成功至關(guān)重要。
然而，在月球的低重力環(huán)境中，事物的功能是不同的。此外，在月球上焊接會造成缺陷，削弱生存所必需的結(jié)構(gòu)。
“極端的環(huán)境可能會使在月球表面建造或制造大型結(jié)構(gòu)的可靠實施復(fù)雜化，并可能導(dǎo)致制造缺陷，”埃里克·瓊森工程與計算機科學(xué)學(xué)院機械工程系教授兼系主任愛德華·懷特博士說
李博士的創(chuàng)新方法包括創(chuàng)建一個虛擬環(huán)境，模擬月球表面的確切條件。這使得他的團隊可以測試和排除不同的焊接技術(shù)，如電弧、激光和電子束焊接，而無需承擔(dān)實際太空任務(wù)的風(fēng)險和成本。
有趣的是，虛擬月球焊接平臺使用多物理場建模來模擬焊接和由此產(chǎn)生的接頭強度。此外，該研究利用了定制的定向能沉積機和金屬增材制造技術(shù)。
這些高科技應(yīng)用的使用可以幫助識別潛在的缺陷，并優(yōu)化焊接參數(shù)，以在太空中獲得最大的強度和可靠性。
該團隊認(rèn)為，對材料行為和工藝優(yōu)化的理解可以擴展到空間中的熔融沉積建模（FDM）。FDM是一種常見的用于非金屬材料的3D打印方法。
這可能使非金屬部件的按需維修和制造成為可能，用于未來的空間任務(wù)和居住。此外，它還可以減少對地球供應(yīng)的依賴。
焊接對于長期沉降很重要
盡管月球環(huán)境帶來了挑戰(zhàn)，但該團隊強調(diào)，太空組裝對美國宇航局的長期太空探索計劃至關(guān)重要。
李博士說：“在月球表面建立常規(guī)的機械車間來制造金屬結(jié)構(gòu)是非常困難的，就像我們在地球上做的那樣。”
“然而，有可能使用航天器將金屬部件從地球運送到月球，然后在那里部署焊接技術(shù)，將這些部件組裝成大型結(jié)構(gòu)，從而能夠建立人類社區(qū)?！?/p>
該團隊正在努力用地面實驗甚至天空實驗室空間站的歷史數(shù)據(jù)來驗證他們的模擬。
認(rèn)識到這項研究的重要性，NASA授予李博士早期創(chuàng)新基金。
去年，總部位于美國的ThinkOrbital公司對世界上第一個自主太空焊接系統(tǒng)進(jìn)行了測試。該實驗由SpaceX獵鷹9號發(fā)射，利用電子束焊接（EBW）熔化金屬。
這項技術(shù)有可能直接建造大型空間站模塊、月球棲息地圓頂和其他重要的空間結(jié)構(gòu)。
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