月球焊接平台将帮助在月球上建造永久性结构

在恶劣的月球上建立永久定居点面临着无数的工程挑战。

月球上的建筑因其剧烈的温度波动（从-387华氏度到260华氏度）、几乎完全没有大气层以及相当弱的引力而变得复杂。

这些极端条件使得即使是简单的任务，如连接金属，也变得极其复杂。

但敬业的科学家和工程师正在直面这些挑战。德克萨斯大学达拉斯分校的李伟（音译）博士就是这样一位创新者。

该团队正在为月球建造一个虚拟焊接工具，以解决大型建筑的组装问题。

焊接仿真解决现实挑战

焊接是一种重要的金属连接工艺，用于在太空中建造坚固的大型结构，包括栖息地、研究设施和其他基础设施。可靠的焊接对未来太空任务的安全和成功至关重要。

然而，在月球的低重力环境中，事物的功能是不同的。此外，在月球上焊接会造成缺陷，削弱生存所必需的结构。

“极端的环境可能会使在月球表面建造或制造大型结构的可靠实施复杂化，并可能导致制造缺陷，”埃里克·琼森工程与计算机科学学院机械工程系教授兼系主任爱德华·怀特博士说

李博士的创新方法包括创建一个虚拟环境，模拟月球表面的确切条件。这使得他的团队可以测试和排除不同的焊接技术，如电弧、激光和电子束焊接，而无需承担实际太空任务的风险和成本。

有趣的是，虚拟月球焊接平台使用多物理场建模来模拟焊接和由此产生的接头强度。此外，该研究利用了定制的定向能沉积机和金属增材制造技术。

这些高科技应用的使用可以帮助识别潜在的缺陷，并优化焊接参数，以在太空中获得最大的强度和可靠性。

该团队认为，对材料行为和工艺优化的理解可以扩展到空间中的熔融沉积建模（FDM）。FDM是一种常见的用于非金属材料的3D打印方法。

这可能使非金属部件的按需维修和制造成为可能，用于未来的空间任务和居住。此外，它还可以减少对地球供应的依赖。

焊接对于长期沉降很重要

尽管月球环境带来了挑战，但该团队强调，太空组装对美国宇航局的长期太空探索计划至关重要。

李博士说：“在月球表面建立常规的机械车间来制造金属结构是非常困难的，就像我们在地球上做的那样。”

“然而，有可能使用航天器将金属部件从地球运送到月球，然后在那里部署焊接技术，将这些部件组装成大型结构，从而能够建立人类社区。”

该团队正在努力用地面实验甚至天空实验室空间站的历史数据来验证他们的模拟。

认识到这项研究的重要性，NASA授予李博士早期创新基金。

去年，总部位于美国的ThinkOrbital公司对世界上第一个自主太空焊接系统进行了测试。该实验由SpaceX猎鹰9号发射，利用电子束焊接（EBW）熔化金属。

这项技术有可能直接建造大型空间站模块、月球栖息地圆顶和其他重要的空间结构。

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