三菱開(kāi)發(fā)了一種可在外太空中空環(huán)境下,，3D打印衛(wèi)星天線(xiàn)的技術(shù)

2022年5月18日，三菱電機(jī)公司報(bào)告稱(chēng),，該公司已開(kāi)發(fā)出一種在軌3D打印技術(shù),，利用該技術(shù)即使在外太空真空環(huán)境下，通過(guò)光敏樹(shù)脂和太陽(yáng)紫外線(xiàn)依然可以使用3D打印制造衛(wèi)星天線(xiàn),。

△衛(wèi)星天線(xiàn)的在軌制造和空間部署（左起）,。圖片來(lái)自satnews

南極熊獲悉，這項(xiàng)新技術(shù)利用了一種新開(kāi)發(fā)的液態(tài)樹(shù)脂,，該樹(shù)脂采用定制配方,，即使在真空條件下依然可以保持足夠的穩(wěn)定性。同時(shí),，這種樹(shù)脂可以在太空中使用低功耗工藝制造結(jié)構(gòu),，即利用太陽(yáng)紫外線(xiàn)進(jìn)行光聚合。

該技術(shù)的研發(fā)是專(zhuān)門(mén)為解決了小型,、廉價(jià)的航天器配備大型結(jié)構(gòu)（例如高增益天線(xiàn)反射器）所帶來(lái)的解決方案,。并能夠在軌制期間，造大大超過(guò)運(yùn)載火箭整流罩尺寸的3D打印天線(xiàn)結(jié)構(gòu),。

技術(shù)背景
這種先進(jìn)技術(shù)的出現(xiàn),，未來(lái)可以使在軌航天器的結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)更輕、更薄。傳統(tǒng)航天器必須考慮發(fā)射和軌道所帶來(lái)的設(shè)計(jì)壓力,，有了這項(xiàng)技術(shù),，可以降低衛(wèi)星總重量和發(fā)射成本。

航天器天線(xiàn)設(shè)計(jì)具有十足的挑戰(zhàn)性,，因?yàn)樗鼈冊(cè)诟咴鲆�,、寬帶寬和低重量的要求相互矛盾。高增益和寬帶寬必然需要大孔徑,，但�?jīng)濟(jì)的軌道部署通常要求設(shè)計(jì)輕巧且足夠小,，以適合或折疊在運(yùn)載火箭或衛(wèi)星部署器結(jié)構(gòu)內(nèi)部。

三菱電機(jī)的創(chuàng)新方法,，基于樹(shù)脂的在軌制造,，有效地實(shí)現(xiàn)了高增益、寬帶寬,、大孔徑天線(xiàn),。

△3D打印機(jī)的示意圖（左）和照片（右）。圖片來(lái)自satnews

通過(guò)開(kāi)發(fā)一種3D打印機(jī),，可以擠出一種為真空配制的定制紫外線(xiàn)固化樹(shù)脂,，基于樹(shù)脂的低功率自由形式（無(wú)需輔助支撐結(jié)構(gòu)）在太空中進(jìn)行3D打印現(xiàn)在已成為可能,。

技術(shù)特點(diǎn)
1) 用于在真空中自由制造天線(xiàn)的3D打印機(jī),。
— 天線(xiàn)尺寸不受運(yùn)載火箭整流罩尺寸或衛(wèi)星總線(xiàn)尺寸的限制。
— 在軌制造不需要傳統(tǒng)天線(xiàn)反射器所需的笨重設(shè)計(jì)需求,，（如承受發(fā)射過(guò)程中所帶來(lái)的振動(dòng)和沖擊的天線(xiàn)結(jié)構(gòu)等）,，從而可以減少天線(xiàn)反射器的重量和厚度,，進(jìn)一步減輕衛(wèi)星重量和發(fā)射成本。
— 假設(shè)使用3U cubesat (100 x 100 x 300 mm) 微型衛(wèi)星,，制造直徑為165mm的天線(xiàn)反射器,，在Ku波段（13.5 GHz）增益為23.5 dB。

2）截至2022年5月18日,，該公司宣稱(chēng)全球首創(chuàng)（根據(jù)三菱公司研究）,。普通商用光敏樹(shù)脂因分子量低，蒸氣壓高,，不適合真空應(yīng)用,，它們沸騰過(guò)早難以聚合。而新開(kāi)發(fā)的紫外線(xiàn)固化樹(shù)脂使用高分子量,、低蒸氣壓的低聚物基料,，與基于非揮發(fā)性聚苯醚的真空穩(wěn)定增塑劑混合，以達(dá)到適合真空擠出的粘度,。
— 由于大多數(shù)阻聚劑,，需要大氣中的氧氣作為輔助因子來(lái)防止過(guò)早聚合,，并且在真空中不起作用，因此新樹(shù)脂配方使用的阻聚劑不依賴(lài)于氧氣的存在,，并且揮發(fā)性幾乎為零,。
— 當(dāng)暴露在紫外線(xiàn)下時(shí)，樹(shù)脂通過(guò)交聯(lián)聚合成一種耐熱至至少400°C的固體,，滿(mǎn)足了在軌設(shè)計(jì)需求的最高溫度,。
— 利用陽(yáng)光進(jìn)行聚合和固化，無(wú)需單獨(dú)的紫外線(xiàn)光源,，從而實(shí)現(xiàn)低功耗制造,。

未來(lái)前景
三菱電機(jī)基于樹(shù)脂的3D打印技術(shù),，使小衛(wèi)星能夠?qū)崿F(xiàn)大衛(wèi)星同樣的能力,，從而降低發(fā)射成本。并使衛(wèi)星技術(shù)比以往任何時(shí)候,，將更廣泛地用于通信和地球觀(guān)測(cè) (EO) 等應(yīng)用,。未來(lái)允許更多的個(gè)人和組織，滿(mǎn)足使用衛(wèi)星圖像和觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)的需求,。