اولین سازه پرینت سه بعدی در فضا ساخته شد

شرکت آلمانی Orbital Matter با استفاده از ماهواره موفق شد اولین قطب ساختاری صلب را در فضای آزاد و در مدار زمین با فناوری چاپ سه بعدی تولید کند.

این تیرک از مواد پلاستیکی مخصوص ساخته شده و نیم متر طول دارد. مدیران شرکت این دستاورد را اولین نمونه از ساخت یک سازه صلب توسط یک فضاپیمای مستقل در مدار می دانند. تحولی که می تواند راه را برای ساخت سازه های بزرگ در فضا هموار کند.

ماهواره کوچک Replicator 2 متعلق به این شرکت تابستان امسال به عنوان بخشی از ماموریت مشترک SpaceX به فضا پرتاب شد. چهار پرینتر سه بعدی نیز در این ماهواره قرار داشت. هر چاپگر قادر است با اکسترود کردن رشته های رزین و قرار دادن آنها در معرض نور UV برای سخت شدن، قطب های استوانه ای قوی تولید کند. برای توضیح این فرآیند، این شرکت عملکرد مواد استفاده شده را با ترکیب سیمان و آب مقایسه می کند.

اهمیت این فناوری به نیاز سفینه های فضایی آینده برای ابعاد بزرگتر بازمی گردد. زیرا برای تولید انرژی الکتریکی بیشتر و اتلاف گرما در خلاء فضا به ساختارهای وسیع تری نیاز دارند. این موضوع به ویژه برای ماهواره هایی که قرار است به عنوان مراکز داده مداری فعالیت کنند بسیار مهم است. با وجود این الزام، فضاپیما همچنان باید در فضای محدود محفظه بالایی موشک در حین پرتاب قرار گیرد. امکان ساخت سازه های مورد نیاز پس از رسیدن به مدار می تواند بخش زیادی از مشکلات مربوط به تامین انرژی و حذف حرارت را برطرف کند.

Jakub Stovec، مدیرعامل و یکی از بنیانگذاران Orbital، در مورد اهمیت این موفقیت گفت:

Replicator 2 اولین مدرکی است که نشان می دهد می توانیم ساختار آرایه ای را مستقیماً در فضا و با توجه به ابعاد مورد نیاز هر ماموریت بسازیم.

این شرکت با آژانس فضایی اروپا و تالس آلنیا، یکی از تولید کنندگان پیشرو ماهواره در اروپا همکاری می کند. Thales Alenia همچنین در توسعه ماهواره Replicator 2 با Orbital مشارکت داشته است.

ساخت سازه های بزرگ در فضا با پرینت سه بعدی

در حال حاضر، بسیاری از سازه های فضایی بزرگ با روش هایی الهام گرفته از هنر اوریگامی طراحی شده اند. آرایه های خورشیدی و آینه های بزرگ تلسکوپ ها در حین پرتاب تا می شوند و پس از رسیدن به مدار دوباره گسترش می یابند. این روش از نظر مهندسی پیچیدگی های زیادی دارد. به همین دلیل ایده تولید و مونتاژ مستقیم چنین سازه هایی در فضا بسیار جذاب شده است.

ناسا همچنین از چندین پروژه مرتبط با این فناوری حمایت کرده است. یکی از مهم‌ترین نمونه‌ها، ماموریتی با همکاری Redwire در سال 2023 بود که طی آن قطب‌های ساختاری با چاپ سه بعدی در یک محفظه خلاء تولید شدند. اما این پروژه هرگز به مرحله راه اندازی نرسید.

دو پرینتر سه بعدی مداری برای استقرار یک آرایه خورشیدی انعطاف پذیر طراحی شده بودند، اما یک نقص باعث از کار افتادن یکی از آنها شد. با وجود این مشکل، قطب تولید شده توانست آرایه خورشیدی را با موفقیت باز کند و عملکرد آن به عنوان یک آزمایش اثبات مفهوم از اهمیت بالایی برخوردار بود.

تلاش‌های قبلی برای چاپ سه‌بعدی در شرایط ریزگرانشی عمدتاً به محیط تحت فشار داخل ایستگاه فضایی بین‌المللی محدود می‌شد و نمونه‌ای از تولید مستقیم سازه‌ها در خلاء فضای آزاد نبود.

رابرت ایناتیسین مدیر ارشد فناوری Orbital در مورد دلیل استفاده از چاپگرهای متعدد در یک ماهواره به TechCrunch گفت.

به همین دلیل تصمیم گرفتیم پرینترهای زیادی را روی یک ماهواره قرار دهیم. ما ترجیح دادیم در مدار تجربه به دست آوریم و نرم افزار را در صورت نیاز تغییر دهیم، به جای اینکه سال ها صرف آزمایش همه حالت های ممکن روی زمین بکنیم.

برنامه مداری برای ساخت سازه های 100 متری

طول قطب تولید شده در ماموریت فعلی با مقدار رزینی که می تواند روی ماهواره حمل شود محدود می شود. با این حال مهندسان این شرکت بر این باورند که امکان تولید تیرهایی به طول 100 متر وجود خواهد داشت.

برای مقایسه، ماهواره‌های Starlink V2 اسپیس‌ایکس که به‌عنوان قدرتمندترین ماهواره‌های تولید انبوه در مدار زمین شناخته می‌شوند، از آرایه‌های خورشیدی به طول ۲۰ متر استفاده می‌کنند.

Orbital در سال 2022 توسط رابرت ایناتیسین و یاکوب استوویک تأسیس شد. قبل از راه اندازی این شرکت، ایناتیسین در گروه Form Labs که در زمینه چاپ سه بعدی فعال است، کار می کرد. این استارتاپ تاکنون موفق به جذب سرمایه اولیه 3 میلیون دلاری شده است.

Orbital اکنون در حال کار بر روی یک ماموریت آزمایشی دیگر است که برای پرتاب در سال 2028 برنامه ریزی شده است. در این پروژه، نسخه بزرگتر چاپگر سه بعدی بر روی یک ماهواره بزرگتر آزمایش خواهد شد. هدف این شرکت توسعه یک آرایه خورشیدی با ظرفیت تولید 5 کیلووات برق است.

این ماموریت گامی مقدماتی برای توسعه سازه‌های بزرگ‌تر در نظر گرفته می‌شود و این شرکت امیدوار است تا سال 2030 آرایه‌هایی با بیش از 100 کیلووات توان در هر بال بسازد.

این شرکت همچنین در حال همکاری با سازندگان ماهواره برای استفاده از سیستم استقرار مبتنی بر چاپگر خود به نام PADS در فضاپیماهای آینده است. از این فناوری می توان برای گسترش پنل های خورشیدی، آنتن ها و سایر تجهیزات مورد نیاز ماهواره ها استفاده کرد.