3D-печать как основа освоения космоса.

Развитие человеческой цивилизации продолжалось тысячелетия и лишь промышленная революция, начавшаяся в конце 18‑го века, привела нас к размышлениям о покорении космоса. Сегодня речь идёт уже о полноценной колонизации, но за почти 6 десятилетий с момента первого полёта человека в космос стало очевидно, что для полноценного освоения нам необходимо вывести на принципиально иной уровень развития целый ряд технологий, среди которых наиболее перспективными являются аддитивные. Почему сегодня мы вряд ли можем колонизировать другие планеты?

На сегодняшний день не существует технологий строительства в космосе. До сих пор мы смогли научиться лишь собирать станции из готовых модулей, из-за чего и большинство планов по колонизации основаны именно на отправке на колонизируемый объект модулей, что является невероятно дорогим удовольствием, да и не самым универсальным. Развёртывание полноценных предприятий по добыче и переработке полезных ископаемых с их последующей механической обработкой на Луне, Марсе или любом другом космическом теле совершенно точно является невозможным, как минимум, несколько ближайших десятилетий, но с точки зрения логики колонизируемый объект обязан быть независимым, ведь необходимость ждать, например, на Марсе по году доставок материалов и новых модулей с Земли говорит, скорее, о невозможности колонизации. С другой стороны, многие из современных промышленных технологий устарели и до сих пор работают на Земле лишь потому, что на них завязано огромное количество других технологий и целых производств, то есть кардинальное изменение в одной отрасли влечёт за собой столь же кардинальные изменения в других, связанных с ней. Например, системы добычи полезных ископаемых, на которых завязаны все промышленные производства, зависят от систем геологической разведки, а все они вместе взятые зависят от логистических систем, для которых тоже необходимы производства, чтобы, как минимум, построить дороги, для которых, также необходимо искать, добывать и перерабатывать материалы. Чем грозит применение старых подходов при колонизации планет?

Таким образом, если мы решаем реализовывать освоение других планет посредством отправки модулей с Земли, мы попадаем в ловушку зависимости от родной планеты, ведь развернуть производство новых модулей на недружелюбной планете не представляется возможным. Ну а в тех случаях, когда один из модулей, по самым разным причинам, выйдет из строя, придётся ждать, пока его замену произведут на Земле, а потом доставят на колонизируемый объект. Тем не менее, для начала колонизации забросить несколько основных модулей (скажем, обитаемого, модуля хранения и, например, поддержания жизнедеятельности – условной оранжереи) на новую планету вполне подходящее решение. Но своё развитие колония должна будет обеспечить самостоятельно, иначе это сложно назвать колонизацией. Здесь на выручку могут прийти несколько развивающихся технологий, среди которых наиболее перспективными выглядят аддитивные, позволяющие в теории обойтись без огромных трудоёмких производств, которые будут заменены комплексом, состоящим из систем добычи, сепарации и подачи расходного материала на печать. То есть 3D-принтер может выступить в роли минифабрики, объединяющей в себе сразу несколько производств.

Помимо прочего, использование при строительстве аддитивных технологий даст возможность применения топологической оптимизации – метода, позволяющего получить оптимальную форму изделия в заданных условиях эксплуатации. Вы только представьте себе мир без острых углов с сооружениями самой причудливой, но максимально эффективной формы. Всё, как в фантастических фильмах. Собственно, это позволит частично решить и энергетическую проблему, ведь с помощью аддитивных технологий и топологической оптимизации можно создавать здания, например, без температурных мостов – участков, имеющих пониженное термическое сопротивление (к примеру, стыки между частями конструкции), наличие которых значительно снижает эффективность теплозащиты здания, являясь к тому же причиной образования конденсата, что приводит к постепенному разрушению конструкции. Другой положительный момент заключается в отсутствии отходов и вредных выбросов при применении аддитивных технологий, то есть новый мир с самого начала не будет загрязняться.

Так как мы говорим о создании колонии на недружелюбных планетах, нужно понимать, что каждый ресурс ценен по-своему и даже из камней необходимо выжимать максимум. Именно поэтому, разрабатываемые, к примеру, NASA технологии сбора реголита для последующей 3D‑печати из него, включают термическую обработку с выделением воды, водорода и кислорода. Получается многофункциональное производство в обеспечение колонии всем необходимым. Из отрицательных моментов можно отметить, что таким образом на первых этапах вряд ли получится строить что-то кроме несущих и защитных сооружений, из-за чего без разработки и отправки модулей нам всё-таки не обойтись (во всяком случае, на первых этапах). При этом, эти несущие и, главное, защитные сооружения, помимо того, что принесут сопутствующие «бонусы» в виде воды, кислорода и основы для топлива при своём производстве, позволят унифицировать создаваемые на Земле модули, так как не придётся их разрабатывать под принципиально разные условия разных планет. Один и тот же жилой модуль можно будет отправить и на Луну, и на Марс, где, с помощью 3D-принтеров, будут возведены защитные сооружения для их укрытия от неблагоприятных воздействий окружающей среды.

Тем не менее, необходимость решения энергетической проблемы является крайне важной. На сегодняшний день добыча и хранение энергии с минимальными потерями (а в идеале бы без них обойтись) является такой же полноценной индустрией, как и промышленное производство, что сильно ограничивает наши возможности в продвижении вглубь космоса. К тому же, на Луне и Марсе, куда мы собрались в первую очередь, нефти точно не найти. Само собой, наиболее перспективными являются технологии получения энергии от Солнца и ветра, а также ядерная энергетика. Если на Луне из возобновляемых источников энергии есть только Солнце, то на Марсе, помимо этого, дуют достаточно сильные ветры. К сожалению, уровень развития этих технологий недостаточен для реализации колонизации прямо сейчас, тут можно не питать иллюзий. Можно сказать, что все три эти технологии до сих пор находятся в зачаточном состоянии. Оно и понятно: для реализации полётов на низкую околоземную орбиту и даже кратковременных полётов на Луну достаточно того, что мы имеем. Ну а на Земле, кто бы что ни говорил, углеводороды покрывают все наши нужды и нет крайней необходимости в разработке альтернативных источников энергии.

Пожалуй самым главным является тот факт, что 3D-печать — это далеко не только технология строительства внеземных баз. Она могла бы решить множество других сопутствующих проблем, ведь основным отличием 3D-печати от любой другой технологии является её унифицированность, то есть её применение возможно в совершенно различных сферах, что и делает эту технологию отличным инструментом для колонизации планет и тел Солнечной системы. 3D-печать уже сегодня максимально активно используется в аэрокосмической промышленности для изготовления прототипов, оснастки и, как минимум, деталей двигателей. Несколько компаний даже испытали собственные ракетные двигатели, полностью напечатанные на 3D-принтерах, а, к примеру, Relativity Space подписала контракт с ВВС США на запуск своей ракеты, полностью (включая двигатель) распечатанной на 3D‑принтере. Благодаря применению аддитивных технологий компании удешевляют продукцию, повышая, при этом, её эксплуатационные характеристики при значительном сокращении времени изготовления отдельных изделий. К аддитивным технологиям так или иначе обращаются все крупные компании, связанные с аэрокосмическим производством.

Не стоит забывать и об активном внедрении аддитивных технологий в медицину: печать экзоскелетов, протезов и даже биопечать тканей и органов уже давно вышли за пределы фантастических романов, хотя и не вошли пока в повседневную жизнь. Если ко всему этому добавить и производство зданий на предполагаемых к заселению планетах, получается, что аддитивные технологии способны полностью покрыть все нужды человечества для колонизации новых миров, а все вопросы сводятся к тому, чтобы уделить их развитию максимальное внимание. Может показаться, что колонизация в таком ключе будет выглядеть, как захват новых миров посредством 3D-принтеров на все случаи жизни. И это практически так. Мы прошли долгий путь в становлении современной промышленности, и сейчас за месяцы мы возводим здания, строительство которых, по мнению людей, скажем 15-го века, было бы просто невозможно. Такой же рывок способны обеспечить и аддитивные технологии, которые по большому счёту представляют собой новый этап развития и унификации целого ряда технологий. В этом плане у многих скептическое отношение к аддитивным технологиям возникает из-за того, что имеется довольно большой разрыв между развитием промышленной 3D-печати, которая уже давно стала реальностью для многих индустрий и возможностями домашних 3D-принтеров, которые сегодня чаще напоминают игрушку для гиков.

Я уверен, аддитивные технологии максимально активно продолжат внедряться во все сферы жизни, но больше всего очевидна потребность в них именно в деле освоения космоса. Собственно, это направление и необходимо взять за основу их развития, а все получаемые результаты внедрять в повседневную жизнь, ведь именно так всегда и работало стремление человека осваивать новые миры. Хотя, для начала, было бы неплохо научиться безопасно летать к другим планетам.