佛罗里达大学的学生正在用激光弯曲金属，在轨道上建造巨大的结构
在广阔的太空真空中，受地球限制不再适用。 而这正是 UF 工程副教授 Victoria Miller 博士和她的学生正在突破可能性界限的地方。 佛罗里达大学工程团队与国防高级研究计划局（DARPA）和美国宇航局马歇尔太空飞行中心合作，正在探索如何使用激光技术在轨道上制造精密金属结构。 “我们希望在太空中建造大东西。 要在太空中建造大型物品，您必须开始在太空中制造物品。 这是一个令人兴奋的新领域，“Miller 说。 在UF的赫伯特韦特海姆工程学院的材料科学与工程系的副教授米勒表示，这个名为NOM4D的项目 - 这意味着新颖的轨道和月球制造、材料和质量效率设计 - 旨在改变人们对空间基础设施发展的看法。 图片在轨道上建造大型结构，例如使用先进激光技术建造的 100 米太阳能电池阵列。 “我们希望看到卫星天线、太阳能电池板、太空望远镜甚至直接在轨道上建造的空间站部分等大型结构。 这将是朝着可持续太空运营和更长任务迈出的重要一步，“团队成员、三年级博士 Tianchen Wei 说。 材料科学与工程专业的学生。 UF 获得了一份价值 110 万美元的 DARPA 合同分三个阶段进行这项开创性研究。 Miller 说，当其他大学探索太空制造的各个方面时，UF 是唯一一所专门专注于太空应用激光成型的大学。 NOM4D 项目的一个主要挑战是克服火箭货物的尺寸和重量限制。 为了解决这些问题，Miller 的团队正在开发激光成型技术，以追踪金属上的精确图案并将其弯曲成形状。 如果执行正确，则激光产生的热量会在没有人接触的情况下弯曲金属; 这是实现轨道制造的关键一步。 “有了这项技术，我们可以在太空中建造结构，比从地球上完全组装起来发射它们的效率要高得多，”团队成员 Nathan Fripp 说，他也是三年级博士。 学习材料科学与工程的学生。 “这为太空探索、卫星系统甚至未来的栖息地开辟了广泛的新可能性。” Miller 说激光弯曲很复杂，但从金属中获得正确的形状只是方程式的一部分。 “挑战在于确保材料性能在激光成型过程中保持良好或改善，”她说。 “我们能否确保在弯曲这种金属板时，弯曲区域仍然具有非常好的性能，并且具有适当的柔韧性和强度？” 为了分析这些材料，Miller 的学生正在对铝、陶瓷和不锈钢进行受控测试，评估激光输入、热量和重力等变量如何影响材料的弯曲和行为。 “我们进行了许多受控测试，并收集了有关不同金属如何响应激光能量的详细数据：它们弯曲的程度、加热的程度、热量对它们的影响等等。 我们还开发了模型，根据材料特性和激光能量输入来预测温度和弯曲量，“Wei 说。 “我们不断从建模和实验中学习，以加深我们对这个过程的理解。 这项研究始于 2021 年，并取得了重大进展，但该技术必须进一步发展才能在太空中使用。 这就是与 NASA 马歇尔航天中心的合作如此重要的原因。 它使 UF 研究人员能够在 NASA 提供的热真空室内测试类似太空的条件下的激光成型，从而显著提高技术成熟度 （TRL）。 Fripp 使用观察材料如何响应太空恶劣环境的腔室。 “我们观察到，许多因素，如激光参数、材料特性和大气条件，都可以显著决定最终结果。 在太空中，极端温度、微重力和真空等条件会进一步改变材料的行为方式。 因此，调整我们的成型技术以在太空中可靠、一致地工作，这增加了另一层复杂性，“Fripp 说。 另一个重要的一步是在制造过程中构建反馈循环。 传感器将实时检测弯曲角度，从而允许反馈和重新校准激光的路径。 随着该项目进入最后一年，将于 2026 年 6 月完成，问题仍然存在，尤其是在激光成型过程中保持材料完整性方面。 尽管如此，米勒的团队仍然保持乐观。 UF 通过每次模拟和激光测试向建筑新时代迈进了一步。 “很高兴成为团队的一员，不仅在地球上，而且在更远的地方，”Wei 说。