Jeszcze do niedawna myśl o obrabiarce pracującej w stanie nieważkości wydawała się czystą fantastyką. Dziś jednak staje się to faktem – zaawansowana obróbka skrawaniem trafia do przestrzeni kosmicznej. W warunkach mikrograwitacji testowane są pierwsze urządzenia pozwalające wytwarzać części mechaniczne bezpośrednio na orbicie. To technologiczny przełom, który może zmienić sposób prowadzenia misji załogowych, a w przyszłości – umożliwić budowę infrastruktury kosmicznej na odległych planetach.

Dlaczego obróbka skrawaniem w kosmosie?

Transport każdego grama ładunku na orbitę kosztuje tysiące dolarów. W sytuacjach awaryjnych brak odpowiedniej części może zagrażać życiu załogi lub zakończyć misję. Dlatego agencje kosmiczne – w tym NASA, ESA i JAXA – intensywnie pracują nad koncepcją „orbitalnych fabryk”, które umożliwią produkcję części na miejscu.

Obróbka skrawaniem – obok druku 3D – odgrywa tu kluczową rolę, ponieważ:

• pozwala tworzyć części o dużej wytrzymałości mechanicznej,
• umożliwia precyzyjną naprawę i regenerację istniejących komponentów,
• może być stosowana do materiałów, których nie da się wydrukować.

Eksperyment NASA – pierwsze tokarki na orbicie

W 2017 roku NASA, we współpracy z firmą Made In Space, przeprowadziła pierwsze próby obróbki metali w stanie mikrograwitacji na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS). Eksperymenty obejmowały:

• frezowanie i wiercenie aluminium,
• analizę zachowania wiórów w warunkach braku grawitacji,
• ocenę wpływu mikrowibracji i naprężeń na proces skrawania.

Kluczowe wyzwania:

• brak opadania wiórów – odpady nie spadają, lecz unoszą się w powietrzu i mogą zanieczyszczać elektronikę,
• chłodzenie bez konwekcji – brak grawitacji uniemożliwia naturalne odprowadzanie ciepła,
• brak stabilnego zamocowania – siły skrawania mogą powodować dryf maszyny lub obrabianego elementu.

Rozwiązania obejmowały zamknięte komory robocze z systemem próżniowym oraz magnetyczne i pneumatyczne mocowania elementów.

Skrawanie a druk 3D – uzupełniające technologie

Choć druk 3D w kosmosie rozwija się szybciej, nie zastąpi obróbki skrawaniem w każdym przypadku. Detale wymagające wysokiej precyzji wymiarowej, gładkich powierzchni lub specyficznych właściwości mechanicznych (np. uszczelek, części wirujących, narzędzi) nadal będą musiały być obrabiane.

W przyszłości możliwe będzie połączenie obu technologii: druk + skrawanie w jednym module, czyli tzw. hybrydowa produkcja addytywno-subtraktywna, już dziś testowana na Ziemi przez firmy takie jak DMG Mori i Mazak.

Wizja przyszłości – obrabiarki na Marsie i Księżycu

NASA i ESA planują, by w ramach programów Artemis i Moon Village pierwsze placówki załogowe na Księżycu były wyposażone w mobilne mikrofabryki. Ich celem będzie:

• produkcja narzędzi i elementów konstrukcyjnych z lokalnych surowców (regolitu),
• naprawa infrastruktury w trudnych warunkach,
• redukcja kosztów transportu części z Ziemi.

Docelowo to samo podejście ma znaleźć zastosowanie podczas misji na Marsa – gdzie autonomia od Ziemi będzie absolutnie kluczowa.

Wióry w kosmosie – więcej niż tylko metal

Choć najczęściej mówi się o skrawaniu aluminium czy tytanu, prowadzone są także badania nad obróbką:

• kompozytów węglowych – używanych w strukturach nośnych,
• polimerów technicznych – np. PEEK, stosowanych w drukarkach 3D w kosmosie,
• materiałów pochodzących z recyklingu – np. odzyskiwanych z zużytych elementów misji.

To otwiera drogę do cyrkularnego modelu produkcji w przestrzeni kosmicznej, gdzie każdy komponent może zostać przekształcony w surowiec dla nowego.

Podsumowanie

Obróbka skrawaniem w przestrzeni kosmicznej to nie tylko inżynierska ciekawostka – to realny kierunek rozwoju technologii, który już dziś znajduje zastosowanie w misjach orbitalnych. Choć przed nami jeszcze wiele wyzwań, pierwsze sukcesy eksperymentów NASA dowodzą, że produkcja „na orbicie” jest możliwa. A gdy ludzkość wyruszy na Księżyc, Marsa czy jeszcze dalej – tokarki, frezarki i mikrofabryki będą tam razem z nami.