Tehnologija u orbiti da bi proizvela radio antene veće od onoga što se može da lansira sa Zemlјe.
Klјučni deo svakog satelita lansiranog u orbitu je njegova antena. Izazov je, međutim, to što je njena (tipično) antena u obliku tanjira velika, teška i teško ju je udobno uklopiti u bilo koji raketni oklop razumne veličine. Stoga su se istraživači u Mitsubishi Electric Research Laboratories (MERL) u Kembridžu, Masačusec, zapitali: Šta ako sateliti jednostavno preskoče ceo problem? Odnosno, nemojte da nosite ceo, veliki sklop antene u svemir sa satelitom, već ga 3D odštampajte kada satelit stigne u orbitu.
MERL je u stvari razvio tehnologiju 3D štampanja antene na orbiti koja koristi fotoosetlјivu smolu, očvrsnutu solarnim ultralјubičastim svetlom. Nova tehnika, kažu istraživači, potencijalno omogućava anteni da postigne veliki dobitak i širok propusni opseg (što zahteva veliku antenu), dok i dalјe drži satelit koji je lansiran sa Zemlјe lagan i mali.
Štampanje antene na orbiti takođe rešava još jedan veliki problem: sateliti lansirani sa zemlјe prolaze kroz ogroman vibracijski pritisak tokom poletanja. Dakle, svaki deo satelita – uklјučujući antensku antenu i nosač – mora da bude dodatno izgrađen da bi izdržao intenzivan stres. To povećava težinu i cenu antene, a samim tim i cenu lansiranja.
Naravno, ako se antena proizvodi u svemiru, nijedna od ovih poteškoća nikada ne treba da smeta inženjerima koji dizajniraju satelit.
Kao studiju slučaja, istraživači MERL-a su razmotrili NASA-inu i svemirsku letelicu Cassini-Huygens Evropske svemirske agencije – čija je izuzetno velika antena imala prečnik od 4 metra i težila 105 kilograma. Da je Cassini-Huygens (lansiran 1997.) mogao da zameni njegovu veliku antenu antenom koja je mogla da se proizvede u svemiru, svemirska letelica bi uštedela 80 dragocenih kilograma težine lansiranja, što bi značilo uštedu troškova lansiranja od 80 procenata na antenu i težinu nosača antene.
„Viskozan je kao med, lepi se kao lepak i stvrdne se kao kamen za nekoliko sekundi na suncu.
– William Yerazunis, Mitsubishi Electric Research Laboratories
„Ipak, čak i sa manjim satelitima, procenjujemo da će smanjena težina (i dalјe) praviti značajnu razliku“, kaže William Yerazunis, viši glavni istraživač u MERL. „Upravo sada, United Launch Alliance naplaćuje $73 miliona za postavlјanje 15 metričkih tona u nisku zemalјsku orbitu. Ako možemo da smanjimo ukupnu nosivost za čak 5 procenata, to bi bila ušteda od 3,5 miliona dolara sa višestrukim lansiranjem.
Klјučni element tehnologije za uštedu troškova uklјučuje razvoj prave smole, napominju istraživači. „Ako standardne smole stavite u vakuumsku komoru, one proklјučaju i kontaminiraju sve u blizini“, kaže Avishai Weiss, glavni istraživač u MERL-u.
Umesto toga, istraživači su razvili fotoosetlјivu smolu koja može da se ekstrudira i očvrsne u krutuu čvrstu supstancu u vakuumu – prvu u svetu, prema kompaniji. Osim što je otporna na toplotu do najmanje 400°C, „viskozna je kao med, lepi se kao lepak i stvrdne se kao kamen za nekoliko sekundi na suncu“, kaže Yerazunis. I, kaže, nije ništa skuplјe za stvaranje od bilo koje od već postojećih smola na tržištu.
„Uopšteno govoreći, proizvodnja antena i drugih struktura u svemiru na orbiti je obećavajuća tehnologija“, kaže profesor Saburo Matunaga, koji istražuje inženjering sistema u svemiru i razvoj malih satelitskih sistema na Tokijskom institutu za tehnologiju. „Prototip 3D štampanja Mitsubishi Electric-a izgleda kao dobar prvi korak jer se čini da UV očvršćavajuća smola ima karakteristike stabilne ekstruzije i krutosti u okruženju vakuuma, i otporna je na toplotu do visokog stepena.
Istraživači MERL-a kažu da njihov novi proces proizvodnje antene uklјučuje prvo stvaranje strukture antene, a zatim je premazivanje metalnim slojem koji joj omogućava da se reflektuje. Motor okreće glavčinu buduće antene, dok se ventil od smole otvara – dozvolјavajući tragu smole da spiralno izađe iz glavčine, na kraju u parabolični oblik posude. Sunčeva UV svetlost, kažu, stvrdnjava smolu u roku od nekoliko sekundi nakon ekstruzije.
Proces se nastavlјa sve dok se ne završi tanjir koncentričnih slojeva očvrsle smole. Konačno, sloj provodlјive metalizacije se nanosi vakuumskom metalizacijom preko druge mlaznice koja klјuča aluminijum i šalјe paru u mlaz koji oblaže ceo tanjir – isti proces koji oblaže kese čipsa supertankim slojem aluminijuma kako bi se čips zadržao svežim.
U njihovoj (zemalјskoj) laboratoriji, tim MERL-a je već štampao male paraboličke antene u vakuumu, dok je antena prečnika 165 milimetara koju su štampali u vazduhu dala radnu antenu sa pojačanjem od 23,5 decibela na 13,5 gigaherca u Ku komunikacionom opsegu.
Oni očekuju da će zatim da testiraju tehnologiju u punom obimu koristeći veću antenu u termalnoj vakuumskoj komori na niskom nivou vakuuma na Zemlјinoj orbiti – a zatim da je na kraju testiraju na platformi cubesat u orbiti. Tim kaže da očekuje da će ova tehnologija postati komercijalno dostupna u roku od pet godina.
Napredna verzija tehnologije, kaže Matunaga, će se na kraju koristiti „za proizvodnju i sklapanje drugih osnovnih delova strukture satelita, kao što su potporna struktura antene i rešetkasti elementi, što bi dodatno smanjilo težinu i troškove lansiranja.
