NASA通过3D打印改进空间站尿液回收

随着地球上的增材制造（AM）不断发展，太空中的可能性也在增加。我们还没有看到国际空间站（ISS）上的3D打印机在阿波罗13号时刻保存这一天。但是，3D打印关键备件的必然性似乎在未来并不遥不可及。NASA工程师已经在使用AM为国际空间站创建替换部件，最近为空间站的尿液处理器组件创建了替换部件。

在这种情况下，系统未使用ISS上的3D打印机进行维修，但是当加油站的环境控制和生命支持系统 （ECLSS）的工程师重新设计尿液处理器组件后，这种情况的可行性经受了考验。  ISS于3月安装，9月安装。

“蒸馏组件是尿液处理器组件的核心，”阿 拉巴马州汉斯维尔市NASA马歇尔太空飞行中心ECLSS集成与开发副经理Arthur Brown说。“这是将人类尿液转化为干净饮用水的机械的核心。”

尿液处理器组件看到尿液在蒸馏组件中沸腾，并被送至水处理器，该处理器将其过滤并化学纯化为可用的水，从而限制了将水从地球运至国际空间站的需求和成本。该技术最早是在1990年代为NASA开发的，此后一直进行升级，现在使机组人员可以回收站中所需水的90％。

继续影响系统的一个问题是皮带磨损，皮带驱动器需要在皮带上转换运动，使其跨硬件元件移动，并将旋转部件连接到驱动齿轮和齿轮上。皮带在机器世界中无处不在，在尿液蒸馏装置的情况下，暴露于蒸汽会使皮带磨损的速度更快。

为了原型化新的皮带传动设计，ECLSS团队与马歇尔材料与工艺实验室的工程师合作，以3D打印可能的选项来延长系统皮带的使用寿命。在探索其他升级方案之前，该团队3D打印的塑料齿轮传动皮带轮原型具有近乎飞行的质量，不到两周的时间，包括内部零件重新设计，旨在减少蒸汽和液体对尿液蒸馏系统的影响。

尽管先前的蒸馏组件在使用1400小时后可能会出现零件故障，但最新的设计却将其预期使用寿命提高到了4,300小时以上。由于该机器每天仅使用几个小时，因此这意味着该系统可能会延长使用多年。

尿液处理器组件的原型零件显然可以解决在地球上使用3D打印的迫在眉睫的问题，但是该项目是对美国宇航局开始其Artemis计划 以在2024年将宇航员送往月球的计划进行的试运行。

布朗说：“随着我们从Artemis到月球的任务从地球走远，并朝着载人的火星任务迈进，不可避免的是，我们将需要更可靠的硬件和更少的备件需求，” Brown说。“即使从空间站出发，到最近的五金店或机械厂也很远。”

布朗说，最终的计划是为诸如尿液处理器组件之类的系统配备备件，以便在太空中自行更换。

“我们的首要目标始终是提高可靠性。如果硬件没有损坏，那就解决了问题。但是，我们也正在通过更换部件（从传感器到真空泵）来实现在轨维护，而不是拆掉整个机构并开发全新的机构。在未来的系统中，内部所有组件的设计都可以由机组人员单独更换。”

太空维护只是长期太空飞行需要执行的许多操作之一。其他包括建造基地，回收材料以及制造复杂结构（例如卫星）。