Stampa 3D nello spazio: ciò che ho imparato dalla mia missione di astronauta
Sabrina Kerber è un’architetta spaziale e un’astronauta analogica dall’Austria. Attualmente sta svolgendo un master in architettura, con una specializzazione in architettura spaziale presso la VUT (Università della Tecnologia di Vienna). Sabrina ha raccolto una preziosa esperienza nel settore spaziale presso l’ Ufficio delle Nazioni Unite per gli affari spaziali (UNOOSA) e con il team EuroMoonMars (EMM) dell’Agenzia spaziale europea e il gruppo di lavoro sull’esplorazione lunare internazionale (ILWEG).
Nel 2019, Sabrina faceva parte di una simulazione lunare nel famoso habitat HI-SEAS, dove ha lavorato come ingegnere dell’equipaggio. Come fondatrice e CEO di Explaneta Space Solutions , Sabrina ha lavorato per sfruttare i vantaggi della produzione additiva per l’abitazione extra-terrestre.
Nel dicembre 2019, mi sono imbarcato in una missione simulata di astronauti alle Hawaii.
Per due settimane, il nostro equipaggio internazionale di astronauti ha vissuto, lavorato e studiato in questo habitat proprio come gli astronauti sulla luna.
Oltre ad essere completamente isolata dalla “Terra”, la simulazione includeva il consumo di alimenti a base di ingredienti liofilizzati, lasciando l’habitat solo su attività extraveicolari approvate (EVA) mentre indossava tute spaziali con sistemi di supporto vitale integrati ed era limitato a otto minuti di doccia a settimana – il tutto mentre conduce esperimenti scientifici.
Come ingegnere dell’equipaggio, ero responsabile di riparare tutto ciò che si era rotto nell’habitat e di mantenere tutte le attrezzature tecniche. Tuttavia, ho anche portato la mia ricerca alla base, uno dei quali era un progetto di collaborazione con MakerBot per studiare come la stampa 3D potesse essere utilizzata per migliorare la vita su una base lunare. Ho deciso di testare la stampante 3D MakerBot METHOD e la sua affidabilità in una missione spaziale. Il nostro equipaggio di sei persone ha testato varie operazioni, che vanno dalle procedure mediche agli aspetti dell’abitabilità e delle prestazioni degli astronauti. La simulazione è stata impostata in un ambiente isolato, limitato ed estremo per ricreare l’ambiente aspro di una destinazione extra-terrestre, come la luna.
Nella baia di ingegneria dell’habitat HI-SEAS – tra tute spaziali, sistemi di supporto vitale e tutti i tipi di strumenti tecnici – METHOD ha trovato la sua dimora temporanea sulla luna.
La piattaforma METHOD è stata testata e implementata come uno strumento per la stampa di eventuali pezzi di ricambio necessari o apparecchi mancanti, come i porta-elica e le pinzette dei droni. La necessità di supporti per eliche per il drone di missione era un problema inaspettato che è stato risolto in modo efficiente in poche ore grazie alla disponibilità di una stampante 3D. Inoltre, la telecamera per estrusore ha permesso al team di monitorare i progressi della stampante mentre lavorava su altri progetti in tutto l’habitat.
In una vera missione spaziale, il successo può reggere o cadere sulla capacità di risolvere rapidamente i problemi e adattarsi a situazioni impreviste. Anche il fallimento di una piccola parte non descrittiva può avere un forte impatto sulla situazione, poiché la ricezione di una parte sostitutiva dipenderà completamente da una missione di rifornimento lanciata dalla Terra. Per una missione sulla Luna, questo viaggio richiederebbe diversi giorni; su Marte ci vorrebbero al massimo diversi mesi. Con la possibilità di progettare e stampare parti di ricambio, questa dipendenza dalle missioni di rifornimento sarebbe molto migliorata.
Essere in grado di stampare oggetti in 3D su missioni spaziali ci consentirebbe anche una certa flessibilità nei nostri processi di ricerca della soluzione. Le situazioni e le condizioni in una missione spaziale o analogica variano sempre in una certa misura da quanto previsto durante il processo di pianificazione. Ciò può avere un grande impatto sugli esperimenti scientifici previsti o addirittura rendere impossibile condurli. Avere accesso diretto a una stampante 3D consentirebbe all’equipaggio di riprogettare e produrre strumenti adattati alla nuova situazione con relativamente poco sforzo.
La seconda parte dell’esperimento è stata spesa nel tentativo di migliorare i fattori umani all’interno dell’habitat. I fattori umani riguardano l’interazione dell’uomo con i sistemi, le attrezzature e le strutture. È parte integrante di qualsiasi missione spaziale per gli esseri umani essere in grado di esibirsi in sicurezza in un determinato ambiente – dal punto di vista fisico e psicologico. Ciò può essere particolarmente impegnativo per le missioni di lunga durata e, quindi, è una parte vitale nella progettazione delle missioni.
Una stampante 3D può aiutare a migliorare i fattori umani su più livelli. Ad esempio, la vivibilità all’interno di un habitat extra-terrestre può essere notevolmente migliorata con la possibilità di fabbricare oggetti e oggetti adattati alle esigenze di abitabilità personale. Potrebbe consentire all’equipaggio di personalizzare il proprio spazio di lavoro e la zona notte e apportare modifiche visive al design degli interni durante le missioni a lungo termine. Tali adattamenti a spazi ristretti possono aumentare notevolmente il morale dell’equipaggio e persino prevenire il burnout psicologico.
Gli astronauti possono portare pochissimi oggetti personali in missione, al fine di limitare il carico utile che deve essere inviato nello spazio. Questi elementi devono essere preselezionati sulla Terra. Tuttavia, tali oggetti sono indispensabili per l’esplorazione dello spazio con equipaggio, in quanto contribuiscono notevolmente alla salute mentale e all’equilibrio psicosociale degli astronauti e quindi possono migliorare la produttività dell’equipaggio. Soprattutto nelle missioni isolate, lontano dalla Terra, gli oggetti personali sono importanti per mantenere l’equipaggio mentalmente connesso a casa.
Pur non essendo originariamente destinato a oggetti personali, avere METODO nella simulazione ha permesso al team di stampare oggetti che non avrebbero potuto portare in missione. La disponibilità di una stampante 3D ha fornito loro un recupero dalle dure realtà di essere lontano dalle loro case e dai loro cari. Ha introdotto una nuova varietà nelle attività del tempo libero all’interno dell’habitat, in quanto giochi o oggetti simili sono stati fabbricati su richiesta.
Ognuno di noi ha stampato un oggetto personale per scopi ricreativi o decorativi. Creare un senso di casa e comfort all’interno degli habitat spaziali è un obiettivo importante nei progetti di architettura spaziale – influenza la salute mentale e la coesione dell’equipaggio, nonché la produttività e il morale. Essere in grado di ricreare le tradizioni della Terra, come il Natale o altre vacanze stagionali, aiuta a rimanere in contatto con la casa e ad alleviare i sentimenti di nostalgia di casa e monotonia. Inoltre, l’attività comune di selezione di potenziali oggetti è stato un evento importante di legame dell’equipaggio. Questa pausa dal lavoro scientifico e dalle routine quotidiane si è rivelata una necessità tanto necessaria.
L’habitat HI-SEAS si trova ad un’altitudine elevata di 2.500 metri. La stampa ad altitudini così elevate ha richiesto lievi modifiche alle impostazioni della stampante per garantire che gli oggetti uscissero esattamente come in un ambiente standard. Quando inizialmente ho iniziato a stampare con PLA, le stampe sono risultate deformate o fallite del tutto. Tuttavia, una volta capito che il problema era l’altitudine e ho regolato le impostazioni, la qualità delle stampe e l’affidabilità della stampante sono migliorate in modo significativo.
La tecnologia di produzione additiva ha dimostrato di essere un’aggiunta importante alle missioni spaziali. Non solo svolge un ruolo importante nella progettazione di futuri habitat extra-terrestri, ma i vantaggi della stampa 3D sono stati testati con successo sulla Stazione Spaziale Internazionale .
La capacità di fabbricare parte degli allestimenti interni in loco, ad esempio, ridurrà notevolmente i carichi utili e, di conseguenza, i costi e gli impatti ambientali delle missioni spaziali. In scenari futuri, la produzione in loco potrebbe potenzialmente essere parte integrante della progettazione stessa dell’habitat.
L’accesso a una stampante 3D ha il potenziale di una maggiore flessibilità e varietà tra le applicazioni, dall’ingegneria agli obiettivi personali.
