3D-революция: как новая украинская школа поможет колонизировать Марс

Прямо сейчас во Львове происходит строительство нового школьного корпуса. Может показаться, что это довольно рядовое событие — но лишь пока не разобраться в деталях. Дело в том, что школа возводится при помощи 3D-принтера. Эта, еще недавно казавшаяся фантастической технология, способна не только помочь в восстановлении разрушенной войной украинской инфраструктуры, но и в перспективе реализовать давнюю мечту человечества о покорении Марса.

Основы 3D-печати

3D-печать выполняется при помощи станков с числовым программным управлением (ЧПУ). В упрощенном виде это выглядит следующим образом. Принтер размещает материал в заданной точке в соответствии с заложенным в него 3D-чертежом. Обычно в качестве стройматериала используется какое-то жидкое или пастообразное вещество (чаще всего это пластик), которое затем быстро затвердевает. Но современные принтеры также могут печатать керамикой, бетоном и даже металлом.

3D-принтер Anycubic Kobra Max. Источник: Amazon

Не вдаваясь в технические подробности, отметим, что на сегодняшний день существует огромное количество типов 3D-принтеров, каждый из которых использует собственную технологию печати. Кроме того, они  сильно отличаются по размерам. Стандартные настольные 3D-принтеры сопоставимы по размерам с традиционными бумажными принтерами, в то время как крупнейшие промышленные принтеры занимают целые помещения.

3D-принтеры на службе космических компаний

С каждым годом 3D-печать все активнее и активнее используется в космической индустрии. Одним из пионеров в этом направлении стала американо-новозеландская компания Rocket Lab.  Почти все компоненты используемых на ее малой ракете Electron двигателей Rutherford, напечатаны при помощи 3D-принтеров. По заверению компании, это позволило сэкономить как время так и деньги, по сравнению с изготовлением силовых агрегатов при помощи традиционных технологий.

Прожиг двигателя Rutherford. Источник: Rocket Lab

Пример Rocket Lab сподвиг и другие аэрокосмические компании начать активно использовать 3D-принтеры. Так же SpaceX применяет 3D-печать для изготовления ряда компонентов ракет Falcon 9 и космических кораблей Dragon. А Airbus планирует отправить в этом году на МКС первый металлический 3D-принтер. С его помощью компания надеется наладить изготовление спутниковых компонентов прямо на орбите.

Но дальше всех пошла компания Relativity Space, поставившая задачу создания ракет, которые будут полностью печататься на 3D-принтерах. По задумке конструкторов, подобная инновация позволит радикально ускорить процесс строительства носителей, что, в свою очередь, значительно снизит их стоимость. Для этого компания приобрела крупнейший в мире принтер, предназначенный для металлической печати.

3D-принтер для печати ракеты Terran-1. Источник: Relativity Space

Весной 2023 года Relativity осуществила пуск ракеты Terran 1, 85% которой было напечатано на 3D-принтере. К сожалению, из-за аварии на участке работы второй ступени ей не хватило скорости, чтобы достичь орбиты. Но, несмотря на это, в Relativity довольны результатами полета. Terran 1 успешно преодолела участок Max-Q — точку, в которой носитель подвергается максимальному аэродинамическому сопротивлению и испытывает наибольшие нагрузки. По словам руководителей компании, это доказывает, что с точки зрения прочности конструкции, напечатанная на 3D-принтере ракета, ничем не уступает своим традиционным аналогам.

Пуск ракеты Terran 1. Источник: Relativity Space

В настоящее время Relativity сосредоточила свои основные усилия на создании более мощной ракеты Terran R. Ее дебют запланирован на 2026 год. Она должна будет отправить к Марсу первую в истории частную миссию.

От школы в Украине до марсианских поселений

Поскольку 3D-принтеры не имеют каких-то принципиальных ограничений по размеру изготавливаемых объектов, многие инженеры давно задумывались о том, чтобы использовать их для строительства зданий. И это вполне объяснимо. При относительной простоте их конструкции, возведение сооружений является длительным процессом, требующим больших затрат времени. 3D-печать же (по крайней мере в теории) дает возможность заметно его ускорить. Вряд ли стоит объяснять, насколько быстрое строительство зданий актуально для нашей страны в условиях войны.

3D-печать стены школы во Львове. Источник: Team4UA

Прямо сейчас эта концепция проходит проверку во Львове. Там возводится новый одноэтажный корпус, предназначенный для школы №23. Инициатором проекта является гуманитарный фонд Team4UA, его реализацией занимается датская фирма 3D-печати Cobod и строительная компания 3DCP Group.

Новый корпус сможет принять до 100 учеников. На данный момент строители близки к завершению возведения первой половины здания. При помощи 3D-принтера они уже возвели 3,5-метровую напечатанную стену, что заняло всего две недели. Планируется, что корпус примет первых учеников уже в январе 2024 года.

По словам основателя Team4UA Жан-Кристофа Бони, применение технологии 3D-печати дает возможность возводить здания в 10 раз быстрее, чем традиционное строительство. Непосредственно само возведение стен по проекту (те есть работа именно принтера) длится не более 80 часов. При этом, на само строительство закладывается 4 — 5 недель. Это связано с необходимостью выполнения ряда подготовительных операций, которые предшествуют печати. Среди них монтаж принтера, его настройка, калибрация по траектории печати, а также создание оптимальной для конкретного региона смеси бетона.

Мы выигрываем в скорости. Главная идея применения технологии в Украине — это возведение зданий по цене, равной традиционному строительству, но гораздо быстрее, что поможет в будущем максимально быстро отстраивать разрушенные регионы.

Жан-Кристоф Бони

В ближайшее время фонд планирует открыть в Украине тренинговый центр для обучения работе на 3D-принтерах. Это поможет более быстрому восстановлению инфраструктуры нашей страны.

В будущем же 3D-строительство наверняка найдет применение и в космосе. Если человечество хочет обосноваться на Луне и Марсе, ему придется построить там постоянные поселения. Но если везти для них стройматериалы с Земли, то это настолько поднимет расходы на строительство, что их не потянет никакая экономика.

Именно здесь и пригодится 3D-печать. Вместо того чтобы брать с собой большое количество оборудования и материалов, колонистам достаточно будет взять несколько принтеров и «напечатать» все необходимое уже на месте. Исследования показали, что с помощью 3D-принтера из лунного реголита вполне реально изготовить монолитные кирпичи, пригодные не только для строительства сооружений, но и для накопления энергии, которую затем можно использовать для обогрева внутренних помещений. Это же справедливо и для марсианского строительства.

Напечатанное на 3D-принтере поселение на Марсе (концепт). Источник: AI Space Factory

Не стоит забывать и про то, что современные 3D-принтеры способны изготавливать вполне сложные конструкции, состоящие из нескольких материалов и содержащие электронные компоненты. А это означает, что покорители космоса смогут использовать их не только для постройки своих домов, но для ремонта техники и изготовления различных механизмов и машин. И как знать? Возможно, часть фундамента этого космического будущего закладывается прямо сейчас в виде школы во Львове.

Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!

Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine