美国宇航局将外科手术机器人和3D金属打印机送上空间站-陌自动

　　诺斯罗普·格鲁曼公司的天鹅座太空货船在加拿大2号机械臂的控制下远离国际空间站，结束了在轨道实验室Unity模块上为期四个月的停留。来源:美国国家航空航天局

　　对国际空间站最新补给任务的科学调查包括3D me的进展塔尔印刷，半成品感应器制造、再入大气层热防护、机器人手术和软骨组织再生。这些研究旨在提高空间任务的可持续性，并对地球具有重要意义Sed技术和医疗保健。

　　在诺斯罗普·格鲁曼公司的第20次商业补给服务任务中，美国宇航局及其国际合作伙伴正在向国际空间站进行科学调查，其中包括3D金属打印机、半导体制造和重返地球大气层的热保护系统的测试。该公司的天鹅座货运飞船计划于1月底在佛罗里达州卡纳维拉尔角空间站搭载SpaceX猎鹰9号火箭发射。

　　金属3D打印机在发射到空间站之前制作的样品。来源:欧洲航天局

　　ESA(欧洲航天局)的一项调查显示，金属3D打印机在微重力下测试增材制造或小型金属部件的3D打印。

　　欧空局的罗伯·波斯特马说:“这项研究让我们初步了解了这种打印机在太空中的表现。”“3D打印机可以打印许多形状，我们计划打印样品，首先了解在太空中打印与在地球上打印有何不同，其次看看我们可以用这种技术打印什么类型的形状。”此外，这项活动有助于展示机组人员如何安全有效地在太空中打印金属部件。”

　　研究结果可以提高对空间金属3D打印的功能、性能和操作的理解，以及对打印部件的质量、强度和特性的理解。补给是未来长期人类任务的一个挑战。宇航员可以使用3D打印技术为未来的长期太空飞行和月球或火星上的设备维护制造零件，减少包装备件或预测可能需要的每个工具或物体的需要，节省发射时的时间和金钱。

　　金属3D打印技术的进步也有利于地球上的潜在应用，包括制造汽车、航空和海事行业的发动机，以及在自然灾害后建造避难所。

　　由空客防务和航天公司领导的一个团队根据与欧空局签订的合同进行了调查。

　　Redwire MSTIC研究的天然气供应模块和生产模块。信贷:Redwire

　　半导体和薄膜集成涂层的制造(MSTIC)研究了微重力如何影响具有广泛用途的薄膜。

　　开发该技术的Redwire Space公司的亚历克斯·海耶斯(Alex Hayes)表示:“生产具有优越表面结构的薄膜的潜力，以及从能量收集到先进传感器技术的广泛应用，尤其具有开创性。”“这代表了太空制造的重大飞跃，可能预示着技术进步的新时代，对太空探索和地面应用都有广泛的影响。”

　　这项技术可以使自主制造取代目前用于制造各种半导体的许多机器和工艺，有可能导致更高效、性能更高的电气设备的发展。

　　在微重力条件下制造半导体器件也可以提高其质量，减少所需的材料、设备和劳动力。在未来的长期任务中，这项技术可以提供在太空中生产部件和设备的能力，从而减少从地球进行补给任务的需要。这项技术也适用于在地球上收集能量和提供电力的设备。

　　海斯说:“虽然这个最初的试点项目是为了比较在地球和太空中生产的薄膜，但最终的目标是扩大到半导体领域的各种生产领域。”

　　艺术家在重新进入大气层时对其中一个KREPE-2太空舱的渲染。来源:A. Martin, P. Rodgers, L. Young, J. Adams，肯塔基大学

　　在空间站进行研究的科学家经常把他们的实验带回地球进行进一步的分析和研究。但是航天器在重返大气层时所经历的条件，包括极端高温，可能会对其内容物产生意想不到的影响。用于保护航天器及其内容物的热防护系统是基于数值模型的，往往缺乏实际飞行的验证，这可能导致对所需系统尺寸的严重高估，并占用宝贵的空间和质量。肯塔基再入探测器实验-2 (KREPE-2)是改进热保护系统技术的一部分，它使用三个装有不同隔热材料和各种传感器的太空舱来获取实际再入条件的数据。

　　肯塔基大学首席研究员亚历山大·马丁说:“在kree -1成功的基础上，我们改进了传感器，以收集更多的测量数据，改进了通信系统，以传输更多的数据。”“我们有机会测试NASA提供的几个以前从未测试过的隔热罩，以及另一个完全由肯塔基大学制造的隔热罩，这也是第一次。”

　　这些太空舱可以用于其他重返大气层的实验，支持改进地球上的热屏蔽应用，例如保护人员和建筑物免受野火的伤害。

　　手术机器人在发射前在地面进行测试。Credit: Virtual切口公司

　　机器人手术技术演示测试了一种小型机器人的性能，这种机器人可以从地球上远程控制来执行外科手术。研究人员计划比较微重力和地球上的程序，以评估微重力和空间与地面之间的时间延迟的影响。

　　虚拟切口公司的首席技术官Shane Farritor表示，该机器人使用两只“手”来抓取和切割模拟手术组织，并提供张力，用于确定切割的位置和方式。该公司与内布拉斯加州大学共同开发了这项研究。

　　更长时间的太空任务增加了宇航员需要外科手术的可能性，无论是简单的缝合还是紧急阑尾切除术。这项调查的结果可以支持机器人系统的发展，以执行这些程序。此外，在2001年至2019年期间，该国农村地区的外科医生数量下降了近三分之一。小型化和远程控制机器人的能力可能有助于随时随地进行手术。

　　美国宇航局资助微型机器人的研究已经超过15年了。2006年，远程操作的机器人在水下执行了美国宇航局的极端环境任务操作(NEEMO) 9号任务。2014年，一个微型手术机器人在零重力抛物线飞机上执行了模拟手术任务。

　　Janus基纳米基质锚定软骨细胞(红色)并促进软骨组织基质(绿色)的形成。来源:康涅狄格大学

　　隔室软骨组织构建展示了Janus基纳米基质(JBNm)和Janus基纳米片(JBNp)两种技术。JBNm是一种可注射材料，为微重力下软骨的形成提供支架，可作为研究软骨疾病的模型。JBNp提供了一种基于rna的疗法来对抗导致软骨变性的疾病。

　　软骨的自我修复能力有限，骨关节炎是地球上老年患者致残的主要原因。微重力可以引发软骨退化，这种退化与衰老相关的骨关节炎的进展类似，但发生得更快，因此微重力的研究可以更快地开发出有效的治疗方法。这项研究的结果可以促进软骨再生作为地球上关节损伤和疾病的治疗方法，并有助于在未来的月球和火星任务中发展保持软骨健康的方法。

　　在诺斯罗普·格鲁曼公司第20次商业补给服务任务中，美国国家航空航天局(NASA)和国际合作伙伴正在向国际空间站进行科学调查，其中包括3D金属打印机和重返地球大气层的热保护系统的测试。该公司的“天鹅座”货运飞船计划于1月底前由SpaceX公司的猎鹰9号火箭从佛罗里达州卡纳维拉尔角空间站发射升空。来源:美国国家航空航天局