在惡劣的月球上建立永久定居點(diǎn)面臨著無(wú)數(shù)的工程挑戰(zhàn)。

月球上的建筑因其劇烈的溫度波動(dòng)（從-387華氏度到260華氏度）、幾乎完全沒(méi)有大氣層以及相當(dāng)弱的引力而變得復(fù)雜。

這些極端條件使得即使是簡(jiǎn)單的任務(wù)，如連接金屬，也變得極其復(fù)雜。

但敬業(yè)的科學(xué)家和工程師正在直面這些挑戰(zhàn)。德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校的李偉（音譯）博士就是這樣一位創(chuàng)新者。

該團(tuán)隊(duì)正在為月球建造一個(gè)虛擬焊接工具，以解決大型建筑的組裝問(wèn)題。

焊接仿真解決現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)

焊接是一種重要的金屬連接工藝，用于在太空中建造堅(jiān)固的大型結(jié)構(gòu)，包括棲息地、研究設(shè)施和其他基礎(chǔ)設(shè)施。可靠的焊接對(duì)未來(lái)太空任務(wù)的安全和成功至關(guān)重要。

然而，在月球的低重力環(huán)境中，事物的功能是不同的。此外，在月球上焊接會(huì)造成缺陷，削弱生存所必需的結(jié)構(gòu)。

“極端的環(huán)境可能會(huì)使在月球表面建造或制造大型結(jié)構(gòu)的可靠實(shí)施復(fù)雜化，并可能導(dǎo)致制造缺陷，”埃里克·瓊森工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院機(jī)械工程系教授兼系主任愛(ài)德華·懷特博士說(shuō)

李博士的創(chuàng)新方法包括創(chuàng)建一個(gè)虛擬環(huán)境，模擬月球表面的確切條件。這使得他的團(tuán)隊(duì)可以測(cè)試和排除不同的焊接技術(shù)，如電弧、激光和電子束焊接，而無(wú)需承擔(dān)實(shí)際太空任務(wù)的風(fēng)險(xiǎn)和成本。

有趣的是，虛擬月球焊接平臺(tái)使用多物理場(chǎng)建模來(lái)模擬焊接和由此產(chǎn)生的接頭強(qiáng)度。此外，該研究利用了定制的定向能沉積機(jī)和金屬增材制造技術(shù)。

這些高科技應(yīng)用的使用可以幫助識(shí)別潛在的缺陷，并優(yōu)化焊接參數(shù)，以在太空中獲得最大的強(qiáng)度和可靠性。

該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，對(duì)材料行為和工藝優(yōu)化的理解可以擴(kuò)展到空間中的熔融沉積建模（FDM）。FDM是一種常見(jiàn)的用于非金屬材料的3D打印方法。

這可能使非金屬部件的按需維修和制造成為可能，用于未來(lái)的空間任務(wù)和居住。此外，它還可以減少對(duì)地球供應(yīng)的依賴。

焊接對(duì)于長(zhǎng)期沉降很重要

盡管月球環(huán)境帶來(lái)了挑戰(zhàn)，但該團(tuán)隊(duì)強(qiáng)調(diào)，太空組裝對(duì)美國(guó)宇航局的長(zhǎng)期太空探索計(jì)劃至關(guān)重要。

李博士說(shuō)：“在月球表面建立常規(guī)的機(jī)械車間來(lái)制造金屬結(jié)構(gòu)是非常困難的，就像我們?cè)诘厍蛏献龅哪菢印！?/p>

“然而，有可能使用航天器將金屬部件從地球運(yùn)送到月球，然后在那里部署焊接技術(shù)，將這些部件組裝成大型結(jié)構(gòu)，從而能夠建立人類社區(qū)。”

該團(tuán)隊(duì)正在努力用地面實(shí)驗(yàn)甚至天空實(shí)驗(yàn)室空間站的歷史數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證他們的模擬。

認(rèn)識(shí)到這項(xiàng)研究的重要性，NASA授予李博士早期創(chuàng)新基金。

去年，總部位于美國(guó)的ThinkOrbital公司對(duì)世界上第一個(gè)自主太空焊接系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試。該實(shí)驗(yàn)由SpaceX獵鷹9號(hào)發(fā)射，利用電子束焊接（EBW）熔化金屬。

這項(xiàng)技術(shù)有可能直接建造大型空間站模塊、月球棲息地圓頂和其他重要的空間結(jié)構(gòu)。

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