3D打印的火星殖民狂想

桃宝

NASA（美国国家航空航天局）的研究人员尝试模仿早期的美国殖民者在火星建立永久定居点。

菲利普·梅茨格是中佛罗里达大学的行星科学家和NASA沼泽工作实验室的联合创始人，他对这一构想表示认同。你可能认为他是痴人说梦，或者更确切地说，他是在进行实验验证。一直以来，他的实验室都围绕将火星黏土填充到杯形蛋糕装饰袋后挤压成形这一工作开展，梅茨格自己也曾承认，有时黏土挤压后的形状看起来就像一坨“动物粪便”。

然而，这种用火星黏土填充的蛋糕杯形可是在火星上运用3D打印技术的原型设计。 3D打印技术可以为这支火星探险团队解决他们所面临的最大障碍，即将人类生存所需物资运输至火星所要面临的巨大成本开销。

科学家们想象中的火星生活

减少从地球到火星的运载量

这是一个涉及运载量多少的问题。运载量越大，摆脱地球引力到达火星所需的资金也就越多。而其中最重的是一些必需设备，用以保护宇航员免受火星上强烈的辐射伤害——火星大气层非常稀薄。运用3D打印技术则无需运输防辐射设备，因为利用火星上的泥土或冰霜便可成功制作出所需防护物。

NASA全员正在积极研发利用3D打印技术。去年，它给第一届3D打印火星栖息地设计挑战赛的获奖者颁发了奖励，而且所有获奖作品的建筑物极富时尚感和未来主义色彩。而实际上，目前殖民火星所采用的3D打印技术水平更多的就是梅茨格在社交媒体上发布的黏土日志中所描述的这种程度。

3D打印技术看起来技术含量不高，但实属有意而为。梅茨格解释道：“我们正在重新思考如何从世界不发达地区获取灵感来发展太空技术。”其逻辑如下：如果火星上的综合设备阀门破裂，宇航员根本无法上网要求更换并指定第二天送达。因此，梅茨格的想法是从易到难逐步提高技术能力：从黏土到金属再到塑料最后到电子设备。最后，可以在火星上利用3D打印建造炼油厂和工厂，制造复杂机器。这种“自力更生”的设想，是梅茨格的太空探索愿景。

用黏土自力更生

若你怀疑人类的聪明才智和毅力，那么可以花几分钟观看下YouTube上关于原始技术的相关视频。每个视频中都会出现一个身穿短裤沉默不语的无名男子，他空手只身跋涉前往澳大利亚内陆。在那里，他挖出一些黏土，将之做成锅状，然后用火烧制。随后他带着烧制好的土锅到之前的黏土坑，用锅盛放更多黏土，并收集足够的材料建造烧窑。之后他又挖出更多黏土，制作瓷砖，并将之放于窑中烧制。最终，几周过后，他建造出了一间瓷砖小屋，四壁泥墙，且配备有地下采暖系统。

这当中每个步骤都缓慢得不起眼，但累积起来，却建造出了一间瓷砖小屋！而且仅仅只靠双手——这太了不起了。这是一个人自力更生的故事。

2011年NASA有一篇关于太空探索的文章写道，美国殖民者最初也是全然依靠自己建设家园。他们带着几把工具来到这里，在新英格兰极度恶劣残酷的环境下自力更生，定居生活。简单的工具又生产出了更复杂的工具，而随着时间的推移，他们在北美建立起了造船厂和港口，使之成为了贸易大国。“与殖民地美国一样，火星殖民计划发展过程也会极为缓慢，但有条不紊。这需要多年的发展，但终会出现一种永久性的基础设施，改变人类探索和发展太空的方式。”

在太空——其环境恶劣程度连“严酷”也不足以形容——“自力更生”的设想可能开始要依赖于更复杂的技术：机器人。 相比于人类，机器人更容易被运送上太空，因为氧气、食物和水于前者不可或缺。但是这些机器人，就像那位在澳大利亚内陆的男人，将从一些极其简单的任务开始作业，如挖土。 而只要足够娴熟地运用3D打印技术，最后泥土也可以制成道路、防爆墙或防护物。

模拟火星环境的实验

当意识到火星可能与地球有着相同的黏土矿物时，梅茨格开始兴致盎然（小行星亦然，可用作行星际旅行的仓库。）当然，目前还没有任何人或物体将火星黏土带回到地球上，但数十年来，火星黏土矿物的化学名称早已被火星车及其探测器收录使用。

因此，为了试验3D打印黏土是否能在火星上工作，梅茨格必须弄清楚如何在地球上模拟火星黏土。幸好，化学和物理在规律上有着异曲同工之妙。“火星表面发生化学作用，会产生一些可预测的反应物，如黏土和硫化物。”中佛罗里达大学的合作者和地质学家丹尼尔·布里特说道，“地球上也存在这样的环境。”该团队打电话到多个国家地质学家的办公室，找到了有着不同种类黏土矿物的黏土，以“模拟”火星环境。

有了火星模拟环境，梅茨格的团队尝试在真空室中进行试验，以模拟火星稀薄大气层的条件。黏土干燥时会收缩，体积变小。在火星的稀薄大气层中，黏土干燥速度会加快，这意味着火星模拟物会萎缩成结构完整性不足的形状。

梅茨格指出，这种情况在地球上也存在，尽管收缩程度较小，不过对此人类已经有了解决方案。我们通常不会用大块的黏土建造墙壁。相反，我们制作砖块，将之烧制，然后用浆料将它们堆叠起来。“我们正在寻找其他方法来处理黏土收缩的问题，” 梅茨格说道，“我们不需要复杂的灌浆过程。”这可能意味着要添加柔软的黏糊材料来处理收缩问题——在地球上，这种材料通常是稻草;而在火星上，则可以用回收的宇宙飞船材料代替。再次强调，关键在于简易可行——所需机器种类越少，可能断裂的部件就会越少，在火星上建立起定居点也就更容易。

按照梅茨格的说法，这是项早期初级阶段的工作，与使用杯形蛋糕装饰袋挤压出黏土形状的阶段相当，更早于运用3D打印技术的早期阶段。这个快速且成本低廉的原型设计源自NASA沼泽工程实验室的理念。梅茨格是该实验室的创始人之一，尽管他现在已从航天局退休，在中佛罗里达大学执教，但仍与实验室保持合作关系。

另一个问题是黏土需要水，而水在火星上会冻结成冰。南加州大学的古丝内维斯提出了一种在火星上无需用水的3D打印方法。“我们可以在火星上就地取材，即储量丰富的硫磺。”古丝内维斯说道。他建议使用硫磺作为混凝土中的粘合剂;问题在于需要的是液态硫磺（熔点239°F），并且需要通过太阳能电池板提供大量能量。

无论最后采取哪种方法在火星建立定居点，“自力更生”的设想不仅仅是探索太空那么简单，它其实是殖民太空的隐晦表达。阿波罗到月球的任务只是“绕月飞行”——进出船舱活动，所需一切都在宇宙飞船上。如果人类真的要在太空建立殖民地或矿场——这是梅茨格的夙愿——“自力更生”的设想则为此提供了技术蓝图。毕竟，这会是地球上技术发展的一大推动力。