الاتصالات

كيف ستطبع الأقمار الصناعية ثلاثية الأبعاد هوائياتها الخاصة في الفضاء

تقنية في المدار لإنتاج أطباق راديو أكبر مما يمكن إطلاقه من الأرض

جزء مهم من أي قمر صناعي يتم إطلاقه في المدار هو الهوائي الخاص به. 

ومع ذلك، فإن التحدي يكمن في أن الهوائي (نموذجيًا) على شكل طبق كبير وثقيل ويصعب وضعه بشكل مريح في أي هدية صاروخية ذات حجم معقول. 

لذلك تساءل الباحثون في مختبرات Mitsubishi Electric Research Laboratories (MERL) في كامبريدج، ماساتشوستس، ماذا لو تخطت الأقمار الصناعية المشكلة برمتها؟ هذا يعني، عدم إحضار تجميع هوائي كبير الحجم بالكامل إلى الفضاء باستخدام القمر الصناعي، ولكن بدلاً من ذلك قم بطباعة ثلاثية الأبعاد بمجرد وصول القمر الصناعي إلى المدار.

في الواقع، طورت MERL تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد في المدار، والتي تستخدم راتينج حساسًا للضوء، مقوى بواسطة الأشعة فوق البنفسجية الشمسية.

 يقول الباحثون إن التقنية الجديدة تسمح للطبق بتحقيق مكاسب عالية وعرض نطاق عريض (وهو ما يتطلب هوائيًا كبيرًا)، مع الحفاظ على القمر الصناعي الذي يتم إطلاقه من الأرض خفيف الوزن وصغير الحجم.

تحل طباعة الهوائي في المدار مشكلة كبيرة أخرى أيضًا: تخضع الأقمار الصناعية التي يتم إطلاقها من الأرض لضغط اهتزازي هائل أثناء الإقلاع.

 لذلك يجب أن يتم تحميل كل جزء من القمر الصناعي – بما في ذلك طبق الهوائي وحامله – بشكل مفرط لتحمل الضغط الشديد. 

هذا يضيف إلى وزن وتكلفة الهوائي، وبالتالي تكلفة الإطلاق.

بالطبع، إذا تم تصنيع الهوائي في الفضاء، فلن تحتاج أي من هذه الصعوبات أبدًا إلى إزعاج المهندسين الذين يصممون القمر الصناعي.

كدراسة حالة، اعتبر باحثو MERL المركبة الفضائية كاسيني-هيغنز التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية التابعة لناسا والمركبة الفضائية كاسيني-هيغنز التي يبلغ قطر هوائها 4 أمتار ووزنها 105 كيلوغرامات. 

إذا كان بإمكان كاسيني-هيغنز (التي تم إطلاقها في عام 1997) استبدال طبقها الكبير بهوائي كان من الممكن تصنيعه في الفضاء، لكانت المركبة الفضائية ستوفر 80 كيلوغرامًا من وزن الإطلاق، مما يؤدي إلى توفير تكلفة الإطلاق بنسبة 80 في المائة على الإطلاق.

الهوائي ووزن تركيب الهوائي.

“إنها لزجة مثل العسل، تلتصق مثل الصمغ، وتتصلب مثل الصخرة في بضع ثوانٍ في الشمس.”
—وليام يرازونيس، مختبرات أبحاث Mitsubishi Electric

يقول ويليام يرازونيس، كبير الباحثين الرئيسيين في MERL: “حتى مع الأقمار الصناعية الأصغر حجمًا، فإننا نقدر أن الوزن المنخفض [لا يزال] يُحدث فرقًا كبيرًا”.

 “في الوقت الحالي، تتقاضى شركة United Launch Alliance 73 مليون دولار أمريكي لوضع 15 طنًا متريًا في مدار أرضي منخفض.

 إذا تمكنا من تقليل الحمولة الإجمالية بنسبة 5 في المائة، فسيكون ذلك بمثابة توفير 3.5 مليون دولار مع عمليات الإطلاق المتعددة “.

لاحظ الباحثون أن أحد العناصر الأساسية لتقنية توفير التكاليف يتضمن تطوير الراتينج المناسب.

 يقول أفيشاي فايس، عالم الأبحاث الرئيسي في MERL: “إذا وضعت الراتنجات القياسية في حجرة مفرغة، فإنها تغلي وتلوث كل شيء قريب”.

بدلاً من ذلك، طور الباحثون راتينجًا حساسًا للضوء يمكن بثقة ومعالجته إلى مادة صلبة صلبة في فراغ – وهو الأول من نوعه في العالم، وفقًا للشركة. 

بالإضافة إلى كونها مقاومة للحرارة حتى 400 درجة مئوية على الأقل، “إنها لزجة مثل العسل، وعصي مثل الصمغ، وتتصلب مثل الصخور في بضع ثوانٍ في الشمس”، كما يقول يرازونيس.

 ويقول إنه ليس أغلى من صنع أي من الراتنجات الموجودة بالفعل في السوق.

يقول البروفيسور سابورو ماتوناغا، الذي يبحث في هندسة أنظمة الفضاء وتطوير أنظمة الأقمار الصناعية الصغيرة في معهد طوكيو للتكنولوجيا: “بشكل عام، يعد تصنيع الهوائيات والهياكل الأخرى في الفضاء في المدار تقنية واعدة”. 

“يبدو أن الطباعة ثلاثية الأبعاد للنموذج الأولي لشركة Mitsubishi Electric هي خطوة أولى جيدة لأن الراتنج القابل للمعالجة فوق البنفسجية يبدو أنه يتميز بخصائص البثق المستقر والصلابة في بيئة الفراغ، كما أنه مقاوم للحرارة بدرجة عالية.”

يمكن تصنيع هوائي القمر الصناعي المخطط لشركة Mitsubishi Electric في الفضاء الخارجي باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد في المدار وأشعة الشمس فوق البنفسجية.

يقول باحثو MERL إن عملية تصنيع الهوائي الجديدة تتضمن أولاً إنشاء هيكل الهوائي ثم طلاءه بطبقة معدنية تمكنه من الانعكاس.

 يقوم المحرك بتحويل محور الهوائي، بينما يفتح صمام الراتينج – مما يسمح بدخول مسار من الراتينج من المحور، في النهاية إلى الشكل المكافئ للصحن. 

يقولون إن ضوء الشمس فوق البنفسجي يقوي الراتينج في غضون ثوانٍ قليلة عند البثق.

تستمر العملية، حتى يتم الانتهاء من طبق من طبقات متحدة المركز من الراتينج المقوى.

أخيرًا، يتم تطبيق طبقة من المعدنة الموصلة من خلال المعدنة بالتفريغ عبر فوهة ثانية تغلي الألومنيوم وترسل البخار إلى الخارج في تيار يغطي الطبق بأكمله – وهي نفس العملية التي تغلف أكياس رقائق البطاطس بطبقة فائقة الرقة من الألومنيوم للحفاظ على رقائق طازجة.

في مختبرهم (الأرضي)، قام فريق MERL بالفعل بطباعة أطباق مكافئة صغيرة في فراغ، في حين أن طبقًا بقطر 165 ملمًا قاموا بطباعته في الهواء أسفر عن هوائي يعمل بكسب 23.5 ديسيبل عند 13.5 جيجا هيرتز في نطاق الاتصالات Ku.

ويتوقعون بعد ذلك اختبار التكنولوجيا على نطاق واسع باستخدام طبق أكبر في غرفة فراغ حراري عند مستوى منخفض من المدار الأرضي من الفراغ – ثم اختبارها في النهاية على منصة مكعبات في المدار. 

يقول الفريق إنه يتوقع أن تصبح هذه التكنولوجيا متاحة تجاريًا في غضون خمس سنوات.

يقول ماتوناغا إن نسخة متقدمة من التكنولوجيا ستُستخدم في النهاية “لتصنيع وتجميع أجزاء أساسية أخرى من هيكل القمر الصناعي، مثل هيكل دعم الهوائي وعناصر الجمالون، مما سيقلل من الوزن وتكلفة الإطلاق”.

شاهد المزيد:

إنشاء موقع ويب

تصميم هوية بصرية

مواقع العمل الحر

افضل مواقع ضغط الصور

افضل شركات تداول الفوركس

استراتيجيات التسويق

جيست بوست

التسويق بالعمولة

التسويق الإلكتروني

أهمية السيو SEO في تصميم المواقع

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *