Компактность и легкость конструкции играют ключевую роль в успехе космических миссий, особенно для инструментов, установленных на небольших и лёгких спутниках. Дополнительным преимуществом является многофункциональность. Преодолевая эти вызовы, исследователи из Университета штата Иллинойс в Урбане-Шампейне успешно интегрировали гибкую электронику в трёхслойную саморазвертывающуюся штангу, масса которой составляет всего 20 граммов.
«Интеграция коммерческой электроники в такие тонкие структуры представляла значительную сложность», — прокомментировал Синь Нин, профессор аэрокосмического факультета Инженерного колледжа Грейнджера в Университете Иллинойса. «Многочисленные технические ограничения затруднили создание электроники, способной выдерживать экстремальные условия космического пространства».
Идея проекта зародилась около двух лет назад на научной конференции, где Нин представил свой опыт в создании многофункциональных космических конструкций, объединяющих легковесную гибкую электронику.
«Мой доклад привлёк внимание Хуана Фернандеса из Исследовательского центра НАСА в Лэнгли, который работал над проектом Virginia Tech CubeSat», — рассказал Нин. «Он видел потенциал сотрудничества и добавления многофункциональных устройств к существующим конструкциям, а не просто создание чистой структуры».
Финальный этап разработки локализованной электроники для космических аппаратов проходил в Исследовательском центре НАСА в Лэнгли, рассказал Нин. Это трехслойный композитный материал из углеродного волокна и эпоксидной смолы, созданный для обеспечения исключительной тонкости — сопоставимой с толщиной листа бумаги. Материал сворачивается в рулон, подобно рулетке, накапливая энергию, которую впоследствии использует для самостоятельного развертывания в условиях космоса.
«Virginia Tech предъявляла специфические требования, которым нужно было соответствовать, и некоторые из них представляли сложности», — поделился Нин. «Одной из задач была необходимость встраивания линий электропередач и передачи данных длиной более одного метра в композитный материал толщиной с бумагу. Мы перепробовали множество вариантов материалов и технологий.
В итоге мы выбрали тонкие коммерческие провода с изоляционным покрытием, и это оказалось эффективным решением. Думаю, вначале мы слишком усложняли задачу, пытаясь применить сложные и необычные подходы, которые оказались неэффективными. Простота и надежность в данном случае сыграли ключевую роль — мы использовали готовые и легкодоступные провода».
Другой важной составляющей стала легкая, гибкая электронная плата с датчиками движения и температуры, а также синим светодиодом, установленная на вершине стрелы. Нин уточнил, что электроника должна сохранять работоспособность в жестких условиях космического теплового вакуума, оставаясь при этом достаточно гибкой, чтобы выдержать резкие изменения при развертывании спиралеобразной стрелы. Датчик движения фиксирует процесс раскрытия и вибрации стрелы, а синий светодиод помогает камерам кубсата обнаружить конструкцию в открытом космосе после развертывания.
Команда Нина провела комплексные наземные испытания и моделирование, чтобы исследовать механику бистабильной стрелы с гибкой электроникой, а также особенности её развертывания и виброустойчивость. По словам Нина, эти базовые исследования могут предоставить ценные сведения для разработки многофункциональных космических конструкций в будущем.
Запуск трехблочного кубсата Virginia Tech с многофункциональной стрелой запланирован на 2025 год.
«Кроме того, мы работаем над повышением долговечности гибкой электроники в условиях космоса — ищем способы защитить электронику, чтобы продлить срок её службы в космической среде», — заключил Нин.Источник: https://scitechdaily.com/revolutionary-20-gram-boom-redefines-lightweight-space-structures/
Если вам понравился материал, кликните значок - вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал - не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
