Новая технология позволит спутникам печатать параболические антенны любых размеров прямо в космосе

Неотъемлемой частью конструкции любого искусственного спутника или исследовательского космического аппарата является его параболическая приемно-передающая антенна, при помощи которой осуществляется передача и прием радиосигналов с Земли. Однако, параболические антенны, имеющие приемлемые для космоса характеристики, являются большими и тяжелыми, обычно они с трудом помещаются под обтекателями грузовых отсеков ракет-носителей. Но недавно исследователи из научно-исследовательской лаборатории MERL (Mitsubishi Electric Research Laboratories), расположенной в штате Массачусетс, США, разработали технологию космической трехмерной печати, при помощи которой любой космический аппарат сможет сам себе напечатать антенну любых размеров, находясь уже в космическом пространстве.

Печать антенны производится специальным светочувствительным полимером, который очень быстро затвердевает под ультрафиолетовым светом, излучаемым Солнцем. Такой подход позволяет напечатать антенну с требуемым коэффициентом усиления и полосой пропускания, параллельно с этим решается еще одна серьезная проблема. Аппараты, запускаемые с поверхности Земли, подвергаются воздействию сильных перегрузок и вибрации. Поэтому антенны, как и другие элементы конструкции должны быть рассчитаны и изготовлены так, чтобы выдержать нагрузки при запуске, что приводит к еще большему увеличению веса, стоимости антенны и стоимости запуска в целом.

Специалисты MERL взяли в качестве примера космический аппарат миссии Cassini, запущенный в 1997 году. Он имеет антенну, диаметром 4 метра и весом 105 килограмм. Если бы этот аппарат мог напечатать антенну в космосе, это бы сэкономило целых 80 килограмм драгоценного веса.

Ключевым компонентом новой космической технологии трехмерной печати является специальный состав полимерного материала. "Если вы поместите обычный полимер или смолу в вакуумную камеру, он начнет выкипать, испаряться и загрязнять все вокруг" - пишут исследователи. Поэтому исследователям пришлось разработать специальный состав космического светочувствительного полимера, который может быть выдавлен из головки принтера в условиях вакуума и который затвердеет за несколько секунд в лучах солнечного света. Более того, после затвердевания полимер способен выдерживать температуры до 400 градусов Цельсия. И самым главным является то, что производство космического полимера обходится не дороже, чем производство обычных полимеров.
 

Процесс печати антенны заключается в выдавливании полимера с заданной скоростью на торец вращающегося круглого основания, который быстро застывает на свету. И так, слой за слоем, печатается вся антенна, пока она не достигает заданного диаметра, а параболическая форма антенны получается при помощи перемещения головки в процессе печати. И на конечном этапе на поверхность антенны наносится слой металлизации, который является отражателем для радиоволн. Это делается при помощи второй головки, испаряющей алюминий и напыляющий его на поверхность. Точно такой процесс используется для металлизации пленки, из которой изготавливаются упаковка и пакеты для пищевых продуктов, к примеру, пакеты для чипсов.

В своей лаборатории в вакуумной камере специалисты MERL уже распечатали опытный образец параболической антенны, диаметром 165 миллиметров. Как показали испытания, эта антенна имеет коэффициент усиления 23.5 дБ на частоте 13.5 гигагерц, т.е. в стандартном коммуникационном диапазоне Ku. Следующим шагом станет печать антенны в вакуумной камере на низкой околоземной орбите в условиях невесомости, а уже потом собственную антенну напечатает себе спутник CubeSat, находящийся в условиях реального космоса.

Дальнейшее совершенствование технологии космической трехмерной печати позволит аппаратам печатать не только антенны, но и сопутствующие элементы конструкции, всякие стойки, упоры, фиксаторы и т.п. Это, в свою очередь, также снизит вес груза и стоимость запуска этого в космос.

Неотъемлемой частью конструкции любого искусственного спутника или исследовательского космического аппарата является его параболическая приемно-передающая антенна, при помощи которой осуществляется передача и прием радиосигналов с Земли. Однако, параболические антенны, имеющие приемлемые для космоса характеристики, являются большими и тяжелыми, обычно они с трудом помещаются под обтекателями грузовых отсеков ракет-носителей. Но недавно исследователи из научно-исследовательской лаборатории MERL (Mitsubishi Electric Research Laboratories), расположенной в штате Массачусетс, США, разработали технологию космической трехмерной печати, при помощи которой любой космический аппарат сможет сам себе напечатать антенну любых размеров, находясь уже в космическом пространстве.

Печать антенны производится специальным светочувствительным полимером, который очень быстро затвердевает под ультрафиолетовым светом, излучаемым Солнцем. Такой подход позволяет напечатать антенну с требуемым коэффициентом усиления и полосой пропускания, параллельно с этим решается еще одна серьезная проблема. Аппараты, запускаемые с поверхности Земли, подвергаются воздействию сильных перегрузок и вибрации. Поэтому антенны, как и другие элементы конструкции должны быть рассчитаны и изготовлены так, чтобы выдержать нагрузки при запуске, что приводит к еще большему увеличению веса, стоимости антенны и стоимости запуска в целом.

Специалисты MERL взяли в качестве примера космический аппарат миссии Cassini, запущенный в 1997 году. Он имеет антенну, диаметром 4 метра и весом 105 килограмм. Если бы этот аппарат мог напечатать антенну в космосе, это бы сэкономило целых 80 килограмм драгоценного веса.

Ключевым компонентом новой космической технологии трехмерной печати является специальный состав полимерного материала. "Если вы поместите обычный полимер или смолу в вакуумную камеру, он начнет выкипать, испаряться и загрязнять все вокруг" - пишут исследователи. Поэтому исследователям пришлось разработать специальный состав космического светочувствительного полимера, который может быть выдавлен из головки принтера в условиях вакуума и который затвердеет за несколько секунд в лучах солнечного света. Более того, после затвердевания полимер способен выдерживать температуры до 400 градусов Цельсия. И самым главным является то, что производство космического полимера обходится не дороже, чем производство обычных полимеров.



Процесс печати антенны заключается в выдавливании полимера с заданной скоростью на торец вращающегося круглого основания, который быстро застывает на свету. И так, слой за слоем, печатается вся антенна, пока она не достигает заданного диаметра, а параболическая форма антенны получается при помощи перемещения головки в процессе печати. И на конечном этапе на поверхность антенны наносится слой металлизации, который является отражателем для радиоволн. Это делается при помощи второй головки, испаряющей алюминий и напыляющий его на поверхность. Точно такой процесс используется для металлизации пленки, из которой изготавливаются упаковка и пакеты для пищевых продуктов, к примеру, пакеты для чипсов.

В своей лаборатории в вакуумной камере специалисты MERL уже распечатали опытный образец параболической антенны, диаметром 165 миллиметров. Как показали испытания, эта антенна имеет коэффициент усиления 23.5 дБ на частоте 13.5 гигагерц, т.е. в стандартном коммуникационном диапазоне Ku. Следующим шагом станет печать антенны в вакуумной камере на низкой околоземной орбите в условиях невесомости, а уже потом собственную антенну напечатает себе спутник CubeSat, находящийся в условиях реального космоса.

Дальнейшее совершенствование технологии космической трехмерной печати позволит аппаратам печатать не только антенны, но и сопутствующие элементы конструкции, всякие стойки, упоры, фиксаторы и т.п. Это, в свою очередь, также снизит вес груза и стоимость запуска этого в космос.

источник: