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    三菱开发了一种可在外太空中空环境下,3D打印卫星天线的技术

    2022-05-19来源:网络

      2022年5月18日,三菱电机公司报告称,该公司已开发出一种在轨3D打印技术,利用该技术即使在外太空真空环境下,通过光敏树脂和太阳紫外线依然可以使用3D打印制造卫星天线。

       

      △卫星天线的在轨制造和空间部署(左起)。图片来自satnews

      南极熊获悉,这项新技术利用了一种新开发的液态树脂,该树脂采用定制配方,即使在真空条件下依然可以保持足够的稳定性。同时,这种树脂可以在太空中使用低功耗工艺制造结构,即利用太阳紫外线进行光聚合。

       该技术的研发是专门为解决了小型、廉价的航天器配备大型结构(例如高增益天线反射器)所带来的解决方案。并能够在轨制期间,造大大超过运载火箭整流罩尺寸的3D打印天线结构。

      技术背景 这种先进技术的出现,未来可以使在轨航天器的结构比传统设计更轻、更薄。传统航天器必须考虑发射和轨道所带来的设计压力,有了这项技术,可以降低卫星总重量和发射成本。

       航天器天线设计具有十足的挑战性,因为它们在高增益、宽带宽和低重量的要求相互矛盾。高增益和宽带宽必然需要大孔径,但经济的轨道部署通常要求设计轻巧且足够小,以适合或折叠在运载火箭或卫星部署器结构内部。

       三菱电机的创新方法,基于树脂的在轨制造,有效地实现了高增益、宽带宽、大孔径天线。

       

      △3D打印机的示意图(左)和照片(右)。图片来自satnews

      通过开发一种3D打印机,可以挤出一种为真空配制的定制紫外线固化树脂,基于树脂的低功率自由形式(无需辅助支撑结构)在太空中进行3D打印现在已成为可能。

      技术特点 1) 用于在真空中自由制造天线的3D打印机。 — 天线尺寸不受运载火箭整流罩尺寸或卫星总线尺寸的限制。 — 在轨制造不需要传统天线反射器所需的笨重设计需求,(如承受发射过程中所带来的振动和冲击的天线结构等),从而可以减少天线反射器的重量和厚度,进一步减轻卫星重量和发射成本。 — 假设使用3U cubesat (100 x 100 x 300 mm) 微型卫星,制造直径为165mm的天线反射器,在Ku波段(13.5 GHz)增益为23.5 dB。

      2)截至2022年5月18日,该公司宣称全球首创(根据三菱公司研究)。普通商用光敏树脂因分子量低,蒸气压高,不适合真空应用,它们沸腾过早难以聚合。而新开发的紫外线固化树脂使用高分子量、低蒸气压的低聚物基料,与基于非挥发性聚苯醚的真空稳定增塑剂混合,以达到适合真空挤出的粘度。 — 由于大多数阻聚剂,需要大气中的氧气作为辅助因子来防止过早聚合,并且在真空中不起作用,因此新树脂配方使用的阻聚剂不依赖于氧气的存在,并且挥发性几乎为零。 — 当暴露在紫外线下时,树脂通过交联聚合成一种耐热至至少400°C的固体,满足了在轨设计需求的最高温度。 — 利用阳光进行聚合和固化,无需单独的紫外线光源,从而实现低功耗制造。

      未来前景  三菱电机基于树脂的3D打印技术,使小卫星能够实现大卫星同样的能力,从而降低发射成本。并使卫星技术比以往任何时候,将更广泛地用于通信和地球观测 (EO) 等应用。未来允许更多的个人和组织,满足使用卫星图像和观测数据的需求。

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