2870
Дослідники з Німецького інституту прикладних полімерних досліджень Фраунгофера (Fraunhofer IAP) створили легкі 3D-друковані петлі з полімерів з пам’яттю форми, які можуть замінити традиційні металеві шарніри для розгортання сонячних панелей на супутниках. За даними команди, кожна така петля важить приблизно 1,4 грама, що дозволяє зменшити масу вузла майже на 93% порівняно зі звичайними механізмами.
Про розробку докладно розповідає видання Interesting Engineering, зазначаючи, що це рішення має потенціал спростити розгортання сонячних панелей та інших елементів супутників.
Полімери з пам’яттю форми та тепловий запуск
Основою нових петель стали полімери з пам’яттю форми (shape-memory polymers, SMP) — матеріали, які можна «запрограмувати» на тимчасову форму, а потім повернути до початкової при нагріванні. Дослідники перетворили ці полімери на нитки, придатні для адитивного виробництва, і надрукували з них петлі, а також фіксатори-розчеплювачі (hold-down and release mechanisms, HDRM).
HDRM-елементи утримують компоненти супутника в безпечному положенні під час запуску, а в космосі керовано звільняють їх. Після цього полімерні петлі, нагріваючись, розгортають, наприклад, складені сонячні панелі.
Для активації використовується вбудований нагрівальний елемент. Він піднімає температуру петлі приблизно з 23 °C до 140 °C, що запускає відновлення закладеної форми. В лабораторних умовах повне розгортання відбувається приблизно за 60 секунд.
Такий підхід може зменшити потребу в громіздких механічних системах приводу, які додають масу та ускладнюють конструкцію розгортальних структур на супутниках.
3D- та 4D-друк для швидкого виготовлення
Команда активно використала адитивні технології, щоб спростити виробництво цих компонентів. Надрукувати одну петлю або HDRM можна приблизно за 15 хвилин, після чого потрібні ще близько 30 хвилин на програмування тимчасової форми.
Окремо дослідники застосували підхід 4D-друку, коли здатність до зміни форми закладається безпосередньо під час виготовлення деталі. У такому режимі вдавалося створювати HDRM-елементи приблизно за 5 хвилин.
На відміну від звичайного 3D-друку, 4D-друк передбачає, що готовий об’єкт має «вбудовану» відповідь на зовнішній вплив — наприклад, тепло — і може змінювати форму або функцію без додаткової обробки.
Розробники вважають, що такі елементи дозволять запускати супутники у більш компактній конфігурації, а вже на орбіті розгортати сонячні панелі чи антени. Технологія також може стати основою для інших активованих компонентів малих космічних апаратів.
Перші тести пройдені, орбітальні ще попереду
Нова технологія вже пройшла початкову лабораторну перевірку. Компоненти випробували у чистих приміщеннях, під час термоциклування та в умовах попереднього вакууму. Один із використаних полімерів також успішно склав тести на дегазацію, проведені Національним інститутом аерокосмічної технології Іспанії (INTA).
Утім, ключові випробування ще попереду: полімерні петлі та механізми поки що не тестувалися безпосередньо на орбіті, тож їхня довгострокова надійність у реальних космічних умовах залишається невідомою. Німецька компанія German Orbital Systems уже зацікавилася можливістю випробувати ці компоненти в космосі, а учасники проєкту ведуть переговори щодо потенційної демонстраційної місії.
Розробка ведеться в межах проєкту Additive Manufacturing of Solar Panels for spACE applications (AM-SPACE), у якому співпрацюють Fraunhofer IAP, German Orbital Systems, Orion Additive Manufacturing та Інститут надійності й мікроінтеграції Фраунгофера (Fraunhofer IZM). Проєкт тривав з жовтня 2023 року до вересня 2026-го та фінансувався за рахунок регіональних інноваційних програм за підтримки Європейського Союзу.
3D-друковані петлі для супутників зменшили масу на 93 відсотки з’явилася спочатку на Цікавості.
