Spośród wszystkich cudów przedstawionych w książkach i filmach science fiction jedną z najbardziej intrygujących jest maszyna, która produkuje wszystko, czego potrzebujesz lub pragniesz. Wystarczy wprowadzić szczegółowy plan lub nacisnąć przycisk pozycji zaprogramowanych w maszynie - pokrętła obracają się, maszyna nuci i wyskakuje, o co prosiłeś. Technologia daje nam lampę Aladyna. Poręczne urządzenie, które znajdzie wiele zastosowań.
Nie jesteśmy jeszcze tam, ale istnieją już prymitywne wersje takich wymyślonych maszyn. Maszyny te nazywane są generatorami „szybkiego prototypu” lub drukarkami trójwymiarowymi. Pobierają cyfrową informację o wymiarach i kształcie obiektu i wykorzystują te dane do sterowania producentem, który ponownie tworzy obiekt przy użyciu różnych materiałów. Zazwyczaj w tych maszynach stosuje się łatwe do formowania tworzywa sztuczne i żywice epoksydowe, ale w zasadzie można użyć dowolnego materiału do stworzenia praktycznie dowolnego obiektu.
Jakie znaczenie ma ta technologia dla lotów kosmicznych i Księżyca? Jednym z kluczowych obiektów powrotu Księżyca jest nauczenie się, jak wykorzystywać zasoby materiałowe i energetyczne Księżyca do tworzenia nowych możliwości. Do tej pory koncentrowaliśmy naszą uwagę na prostych surowcach, takich jak regolit bryłowy (gleba) i woda znaleziona na biegunach. Rozsądne jest początkowe ograniczenie naszych ambicji wykorzystania zasobów do prostych materiałów, które są zarówno użyteczne, jak i stosunkowo masywne, które obecnie mają te zabójcze koszty transportu, gdy są dostarczane z Ziemi. Regolit masowy ma wiele różnych zastosowań, takich jak osłona (np. Bermy wydmuchowe rakiety), a także surowiec do prostych struktur powierzchniowych.
Jednak gdy jesteśmy już na Księżycu i spełniliśmy podstawowe potrzeby życia, możemy zacząć eksperymentować z wytwarzaniem i stosowaniem bardziej złożonych produktów. W efekcie mieszkańcy Księżyca zaczną tworzyć bardziej skomplikowane części i przedmioty z tego, co znajdą wokół nich, tuż za ich drzwiami. Techniki druku trójwymiarowego pozwolą nam odkryć, co sprawia, że życie poza planetą jest łatwiejsze i bardziej produktywne. Będziemy eksperymentować z wykorzystaniem lokalnych materiałów do konserwacji i naprawy sprzętu, budowania nowych struktur i wreszcie rozpoczęcia produkcji poza planetą.
We wczesnych etapach księżycowego pobytu materiał i sprzęt zostaną przywiezione z Ziemi. Przy dalszym użytkowaniu, szczególnie w trudnym środowisku powierzchni księżycowej, dojdzie do awarii. Chociaż początkowo będziemy używać części zamiennych z Ziemi, w przypadku prostych, nieskomplikowanych struktur, które są potrzebne szybko, trójwymiarowa drukarka może wytwarzać części zamienne przy użyciu lokalnych zasobów znajdujących się w pobliżu placówki. Większość istniejących drukarek 3D na Ziemi korzysta z tworzyw sztucznych i pokrewnych materiałów (które są złożonymi związkami na bazie węgla, pochodzącymi głównie z ropy naftowej), ale w niektórych procesach wykorzystano beton, który można wytworzyć na Księżycu z przesianego regolitu i wody. Ponadto wiemy również, że regolit można wtopić w ceramikę za pomocą mikrofal, więc szybkie prototypowanie na Księżycu może ostatecznie doprowadzić do tego, że częściowo stopienie cząstek stałych w szkło jest innym sposobem na tworzenie użytecznych obiektów.
Powierzchnia Księżyca jest dobrym źródłem materiału i energii przydatnym w tworzeniu szerokiej gamy obiektów. Wspomniałem o prostej ceramice i agregatach, ale dodatkowo na Księżycu dostępnych jest wiele metali (w tym żelazo, aluminium i tytan). Krzem do wytwarzania komponentów elektronicznych i ogniw słonecznych jest obfity na Księżycu. Projekty robotycznych łazików, które dosłownie łączą miejscową górną powierzchnię księżycowego regolitu z wytwarzającymi energię elektryczną ogniwami, zostały już opracowane i prototypowane. Możemy zlecić Księżycowi prace związane z energią słoneczną!
Te zmiany techniczne prowadzą do zadziwiających możliwości. W latach czterdziestych matematyk John von Neumann wyobrażał sobie, jak to nazywa, „automaty replikujące się”, małe maszyny, które mogą przetwarzać informacje w celu reprodukcji w tempie wykładniczym. Co ciekawe, sam von Neumann pomyślał o pomyśle wykorzystania takich automatów w kosmosie, gdzie energia i materiały są (dosłownie) nieograniczone. Maszyna zawierająca informacje i zdolność do reprodukcji może być ostatecznie narzędziem, którego ludzkość potrzebuje do „podboju” przestrzeni. Hordy reprodukujących robotów mogłyby przygotować planetę do kolonizacji, a także zapewnić bezpieczne schronienie i siedliska.
Możemy eksperymentować na Księżycu z samoreplikującymi się maszynami, ponieważ zawierają one niezbędne zasoby materiałowe i energetyczne. Oczywiście, w najbliższym czasie, po prostu wykorzystamy tę nową technologię do tworzenia części zamiennych i być może prostych przedmiotów, które naszym zdaniem służą naszym bezpośrednim i użytkowym potrzebom. Ale takie rzeczy mają zwyczaj ewoluowania daleko poza ich pierwotne przewidywane zastosowanie, często w kierunkach, których się nie spodziewamy; nie jesteśmy wystarczająco bystrzy, aby wyobrazić sobie to, czego nie wiemy. Technologia druku trójwymiarowego sprawi, że zamieszkiwanie Księżyca - naszego najbliższego sąsiada w kosmosie - będzie łatwiejsze i bardziej produktywne. Nawet teraz kreatywni byli pracownicy NASA znaleźli sposób na spłacenie tej technologii. Być może w przyszłości ich talenty mogą zostać wykorzystane do uczynienia z Księżyca drugiego domu ludzkości.
Uwaga: Zdjęcie na początku tego postu jest modelem księżycowego bieguna północnego, wykonanym przy użyciu trójwymiarowej drukarki i danych wysokościomierza laserowego LRO przez Howarda Finka z New York University. Skala modelu ma około 30 cm średnicy.
