不仅在地球上，开发太空也需要坚持“可持续发展”！

近年来，全球商业航天的兴起不断推动着“进入太空”成本的降低，尤其是伊隆·马斯克旗下的SpaceX公司已经通过猎鹰9号火箭将LEO（近地轨道）的发射成本从数万美元/公斤拉低至几千美元/公斤，未来一旦Starship（星舰）可以投入使用，成本再减少一个数量级也将使大概率事件。

可虽然新的航天器和发射技术提供了更高的有效载荷能力、可重复使用性和更好的燃料效率，但人类要想大规模的开发太空，一个必须攻克的难关就是在长达数年的深空任务中维持（建造、维修和更新）设备和重要技术。

换句话说，长时间的空间任务需要改变以往“物资”皆由地面运送而来的思维模式，转向实现太空经济的高度可持续发展。

在这一过程中，在太空制造和设计方面的创新为解决方案提供了思路，可以帮助人类向月球、火星和更远的太空进行探索。

▍零重力下的3D打印

目前，国际空间站（ISS）上的宇航员还是要依靠货物补给任务从地球上运送零件和工具，经常要等待几个月才能得到关键的补给和维护。

然而，随着人类进一步进入太阳系，补给任务将变得越来越复杂和昂贵。宇航员将需要按要求自己制作工具、备件和其他材料，既要满足日常的需要，又要应对不可预见的事件。

但是现在，随着增材制造的使用，这种等待可能会大大改善。增材制造是一种从数字模型转换成3D打印部件的方法。3D打印通常被视为最可持续的技术之一，它大大减少了在轨道上制造部件所需的时间和成本。

2014年，美国宇航局（NASA）和合作伙伴NewSpace在太空中测试了其第一个3D打印的挤压板，并证明微重力对工程过程没有重大影响，在载人飞船环境中是安全的。

国际空间站上安装3D打印机

从那时起，NASA在国际空间站的增材制造工作主要集中在聚合物或塑料的打印。美国宇航局目前正在与商业航天公司合作开发太空金属打印能力，并将陶瓷打印作为未来的一个目标。

在太空中进行打印的好处是显而易见的，不仅可以减少时间，还可以提高任务的可靠性，同时限制成本并释放航天器上的空间。

美国宇航局马歇尔太空飞行中心（Marshall Space Flight Center）的3D打印项目经理Niki Werkheiser曾经说过：“即使对于空间站来说，它也会降低风险，减少成本。而对于长期任务和太空探索来说，它更是一项关键技术。”

在未来，它也可能有更关键的应用，例如在其他星球上“打印”出空间栖息地和遥远的前哨站。最终，3D打印将改变我们在太空中维持存在的关键技术。

▍空间回收和再利用技术

要使3D打印在长期的太空飞行中取得成功，回收技术是至关重要的。按需制造需要回收材料以维护关键系统、栖息地和任务后勤。

将回收的材料用于3D打印的原料可以使未来的长期探索任务免于携带大量此类材料，从节省高昂的成本和负担。

国际空间站上的Braskem Recycler就是一个这样的设施，它通过半自动的技术展示了空间回收的力量。

Braskem Recycler

它在太空中创建了一个闭环制造系统，将塑料废料转化为原料，再用于3D打印工具。此外，该设施可用于材料的再利用，以帮助解决现在或未来载人太空探索任务中出现的问题。

而ERASMUS是新一代的创新，它整合了3D打印、塑料回收和干热灭菌能力。然后，该系统接受以前使用过的塑料垃圾和部件，对这些材料进行消毒，并将其回收为食品级和医疗级的3D打印机长纤丝。因此，这些物体包括食品和医疗安全的物品。

这些技术结合在一起，保障了深空探索者可以持续生活和获得补给，毕竟这些物资是无法经由地面送到离地球这么远的地方的。

▍机器人制造和自我修复

在火星任务中，如果关键的计算机或系统在半路上坏了，后果将不堪设想！幸运的是，制造商NewSpace预见到了未来可能出现的技术故障。

太空机器人制造就是一项应运而生的颠覆性技术，它将彻底改变我们进入太空的方式，有助于在轨道上创建大型关键任务结构，并保持随着时间推移自我修复和重新配置的能力。

例如，Archinaut平台是一个技术套件，它将增材制造与机器人组装结合起来，用于大型复杂结构的远程太空建造。

Archinaut平台

传统上，大型永久性结构要么过于昂贵（价值数十亿美元），要么建造和发射不切实际，需要10到12年才能建造和部署完成。

与其发射一个大型复杂的结构，不如在太空中创建其组件，然后通过提供一个安全的平台，让其他高功能的模块化任务特征附着在上面，这样既节省了资金、时间，也降低了部署风险。

另外，Archinaut还将新技术整合到现有的结构中，加快了新兴空间技术的固定和运行速度。在更新软件的同时安装和升级硬件，保持高水平的能力，而不需要重建或部署一个新的系统。

未来，我们可以将像卫星这样的平台放置在战略位置，并在新技术出现时对其进行升级。这种空间平台是为快速更新和重新配置而设计的，并使太空运营商能够迅速适应操作条件的变化和新出现的环境威胁。

▍一个可持续的太空生存框架

虽然太空制造仍处于起步阶段，但它所承诺的可持续性突出了我们在太空中长期存在的可行路径。在轨制造和装配最终将成为长期太空飞行任务的工具，同时也能影响到能源利用、生物材料和食物的3D打印等领域。

虽然开发这些创新技术是一个巨大的挑战，但预计到2030年，太空制造业将达到75亿美元。可持续的制造和设计将进一步加强我们在太空中的存在，也将维护和增强我们的能力，使我们能够比以前走得更远。