世界首个3D打印的CubeSat纳米卫星进入空间

俄罗斯太空漫步的宇航员于2017年8月17日释放了世界上第一颗几乎全部采用3D打印机的卫星。这些卫星是由宇航员费多尔·尤奇欣和谢尔盖·拉赞斯基(Sergei Ryazansky)手动放置到空间的。

在释放的五颗卫星中,其中一颗卫星Tomsk TPU-120几乎全部采用3D打印技术生产,成为俄罗斯进入到空间的首款3D打印卫星,TPU-120将在轨道运行约6个月。

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图片:视频截图

Tomsk-TPU-120和Tanyusha-YuZGU卫星是由Tomsk理工大学和西南州立大学以及RSC Energia合作开发的。Tomsk TPU-120在2016年制造完成,恰逢Tomsk理工大学建校120周年,所以以这所大学的名字来命名这颗3D打印卫星颇具特殊的纪念意义。除了测量地球表面和传输数据之外,卫星将在无线电台上发出祝贺信息,纪念离俄罗斯发射第一颗人造地球卫星的六十周年,以及空间理论家孔斯科夫斯基诞辰160周年。

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Tomsk-TPU-120是于2016年搭载MS 02火箭开始进入国际空间站的旅行的。之所以称为纳米卫星是因为这些卫星的重量非常轻巧。 3D打印的Tomsk TPU-120是一个非常轻巧的设备,外形方方正正,尺寸为300×100×100毫米。该卫星的外壳是使用经俄罗斯宇航局批准的材料3D打印而成的,大部分是塑料部件。为卫星提供动力的电池组外壳,是用氧化锆陶瓷材料3D打印而成的。使用陶瓷材料能够不受太空温度剧烈变化的伤害,从而延长电池组的寿命。

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在TUP-120卫星的3D打印外衣之内,是各种传感器,用来记录电路板、外壳、电池的温度以及电子数据。这些数据将会实时传送到地球,俄国科学家将据此分析材料的状况,并决定是否会在未来的航天器制造中使用这些材料。

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通过开发更先进的制造技术(如3D打印),卫星的外观越来越小的趋势已经显现,TPU-120的推出部分意图正是为了测试3D打印这种技术的可行性。

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随着卫星技术与应用的不断发展,人们在要求降低卫星成本、减小风险的同时,迫切需要加快卫星开发研制周期。特别是单一任务的专用卫星,以及卫星组网,更需要投资小、见效快的卫星技术。小卫星技术因此应运而生。

就在2017年5月,欧洲航天局(ESA)推出了一项新的3D打印CubeSat立体小卫星项目,材质为PEEK塑料。随着第一次测试运行正式进行,欧空局旨在使这些3D打印的微型卫星投入商业应用,并配有内部电气线路。而仪器、电路板和太阳能电池板只需要插入即可。

欧洲航天局已经开始与葡萄牙聚合物工程公司PIEP建立新的合作伙伴关系。这种合作伙伴关系将共同创造了一种可3D打印的PEEK,通过向材料中加入特定的纳米填料而具有导电性。

为什么世界范围内兴起了3D打印小卫星热?根据卫星的质量,通常将小于1000公斤的卫星称为广义的小卫星,其中,将500-1000公斤的卫星称为小卫星,100-500公斤的卫星称为微小卫星,10-100公斤的称为显微卫星,小于10公斤的称为纳米卫星,而小于1千克的为芯片卫星。3D科学谷认为,纳米卫星的尺寸刚好适合当前3D打印技术所可以满足的制造尺寸。

根据3D科学谷的了解,中国中国空间技术研究院正在积极的进行通过3D打印立体小卫星的布局。3D科学谷认为从金属到高性能材料的转换目前是航空航天市场的一个既定趋势。随着欧航局的这一应用走向商业化,3D科学谷认为将有更多的研究机构加入PEEK材质的3D打印立体卫星研究开发阵营。更多信息,请参考3D科学谷发布的《3D打印与航天制造白皮书

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