Нова технологія дозволить друкувати антени прямо у космосі

Невід’ємною частиною конструкції будь-якого штучного супутника або дослідницького космічного апарату є його параболічна приймально-передавальна антена, за допомогою якої здійснюється передача та приймання радіосигналів із Землі. Однак, параболічні антени, що мають прийнятні для космосу характеристики, є великими та важкими, зазвичай вони важко поміщаються під обтічниками вантажних відсіків ракет-носіїв. Нещодавно дослідники з науково-дослідної лабораторії MERL (Mitsubishi Electric Research Laboratories), розташованої в штаті Массачусетс, США, розробили технологію космічного тривимірного друку, за допомогою якої будь-який космічний апарат зможе сам собі надрукувати антену будь-яких розмірів, космічному.

Друк антени проводиться спеціальним світлочутливим полімером, який дуже швидко твердне під ультрафіолетовим світлом, що випромінюється Сонцем. Такий підхід дозволяє надрукувати антенну з необхідним коефіцієнтом посилення та смужкою пропускання, паралельно з цим вирішується ще одна серйозна проблема. Апарати, що запускаються із Землі, піддаються впливу сильних навантажень і вібрації. Тому антени, як і інші елементи конструкції повинні бути розраховані та виготовлені так, щоб витримати навантаження при запуску, що призводить до ще більшого збільшення ваги, вартості антени та вартості запуску в цілому.

Фахівці MERL взяли як приклад космічний апарат місії Cassini, запущений у 1997 році. Він має антену, діаметром 4 метри та вагою 105 кілограмів. Якби цей апарат міг надрукувати антенну в космосі, це заощадило б 80 кілограмів дорогоцінної ваги.

Ключовим компонентом нової космічної технології тривимірного друку є спеціальний склад полімерного матеріалу. «Якщо ви помістите звичайний полімер або смолу у вакуумну камеру, він почне википати, випаровуватись та забруднювати все навколо» — пишуть дослідники. Тому дослідникам довелося розробити спеціальний склад космічного світлочутливого полімеру, який може бути видавлений з головки принтера в умовах вакууму і який затвердіє за кілька секунд у сонячних променях. Більш того, після затвердіння полімер здатний витримувати температуру до 400 градусів за Цельсієм. І найголовніше те, що виробництво космічного полімеру обходиться не дорожче, ніж виробництво звичайних полімерів.

Процес друку антени полягає у видавлюванні полімеру із заданою швидкістю на торець круглої основи, що обертається, який швидко застигає на світлі. І так, куля за кулею, друкується вся антенна, доки вона не досягає заданому діаметру, а параболічна форма антени виходить за допомогою переміщення головки в процесі друку. І на кінцевому етапі на поверхню антени наноситься шар металізації, який є відбивачем для радіохвиль. Це робиться за допомогою іншої головки, що випаровує алюміній і напилює його на поверхню. Такий процес використовується для металізації плівки, з якої виготовляються упакування та пакети для харчових продуктів, наприклад, пакети для чипсів.

У своїй лабораторії у вакуумній камері фахівці MERL вже надрукували досвідчений зразок параболічної антени діаметром 165 міліметрів. Як показали випробування, ця антена має коефіцієнт посилення 23.5 дБ частоти 13.5 гігагерц, тобто. у стандартному комунікаційному діапазоні Ku. Наступним кроком стане друк антени у вакуумній камері на низькій навколоземній орбіті в умовах невагомості, а вже потім власну антену надрукує собі супутник CubeSat, що знаходиться в умовах реального космосу.

Удосконалення технології космічного тривимірного друку дозволити апаратам друкувати не тільки антени, а й супутні елементи конструкції, всякі стійки, упори, фіксатори та т.п. Це, своєю чергою, також зменшить вагу вантажу та вартість запуску цього у космос. Джерело