L’impression 3D de forme libre d’antennes satellites dans l’espace est développée par Mitsubishi Electric

Fabrication et déploiement en orbite d’une antenne satellite dans l’espace (de gauche à droite)

Mitsubishi Electric Corporation (TOKYO : 6503) a développé une technologie de fabrication additive en orbite qui utilise une résine photosensible et la lumière solaire ultraviolette pour l’impression 3D d’antennes satellites dans le vide de l’espace.

La nouvelle technologie utilise une nouvelle résine liquide qui a été spécialement formulée pour la stabilité sous vide. La résine permet de fabriquer des structures dans l’espace à l’aide d’un procédé à faible puissance qui utilise les rayons ultraviolets du soleil pour la photopolymérisation.

La technologie relève spécifiquement le défi d’équiper de petits bus d’engins spatiaux peu coûteux avec de grandes structures, telles que des réflecteurs d’antenne à gain élevé, et permet la fabrication en orbite de structures qui dépassent largement les dimensions des carénages des lanceurs. La fabrication en orbite à base de résine devrait permettre de rendre les structures des engins spatiaux plus fines et plus légères que les conceptions conventionnelles, qui doivent résister aux contraintes de lancement et d’insertion orbitale, réduisant ainsi à la fois le poids total du satellite et les coûts de lancement.

Les conceptions d’antennes pour engins spatiaux sont difficiles, en raison de leurs exigences contradictoires en matière de gain élevé, de large bande passante et de faible poids. Un gain élevé et une large bande passante nécessitent nécessairement une grande ouverture, mais le déploiement orbital économique dicte conventionnellement que les conceptions soient légères et suffisamment petites pour s’adapter ou se replier à l’intérieur d’un lanceur ou d’un mécanisme de déploiement de satellite. L’approche innovante de Mitsubishi Electric, la fabrication en orbite à base de résine, permet de réaliser efficacement des antennes à large bande passante et à grande ouverture à partir d’un boîtier de lancement léger et résistant aux vibrations. En développant une imprimante 3D qui extrude une résine durcissable aux ultraviolets personnalisée formulée pour le vide, à base de résine de forme libre à faible puissance (sans nécessiter de structures de support auxiliaires) la fabrication additive dans l’espace est désormais possible.

Caractéristiques
1) Imprimante 3D pour la fabrication d’antennes de forme libre dans le vide
— L’imprimante 3D partage les entretoises et les moteurs de réglage d’angle de l’antenne.
— La taille de l’antenne n’est pas limitée par la taille du carénage du lanceur ou la taille du bus satellite.
— La fabrication en orbite élimine le besoin d’une structure d’antenne capable de résister aux vibrations et aux chocs lors du lancement, ce qui est nécessaire pour les réflecteurs d’antenne conventionnels, ce qui permet de réduire le poids et l’épaisseur des réflecteurs d’antenne, contribuant ainsi à la réduction du poids du satellite et les frais de lancement.
— En supposant l’utilisation d’une spécification cubesat 3U (100 x 100 x 300 mm), un réflecteur d’antenne d’un diamètre de 165 mm, qui est plus grand que la taille du bus cubesat, a été fabriqué dans l’air et un gain de 23,5 dB a été confirmé dans la bande Ku (13,5 GHz).

Schéma (à gauche) et photo (à droite) de l’imprimante 3D.

2) Première mondiale ** (au 17 mai 2022, selon les recherches de l’entreprise) résine photosensible avec une stabilité adaptée à l’extrusion et au bouclage sous vide
— Les résines photosensibles commerciales ont un faible poids moléculaire, une pression de vapeur élevée et ne conviennent pas aux applications sous vide, où elles bouillent et polymérisent prématurément. La nouvelle résine durcissant aux ultraviolets utilise une base oligomère de poids moléculaire élevé et à faible pression de vapeur mélangée à un plastifiant stable sous vide à base d’éther polyphénylique non volatil pour obtenir une viscosité adaptée à l’extrusion sous vide.
— Comme la plupart des inhibiteurs de polymérisation nécessitent l’oxygène atmosphérique comme cofacteur pour empêcher une polymérisation prématurée et ne fonctionnent pas sous vide, la nouvelle formulation de résine utilise des inhibiteurs qui ne dépendent pas de la présence d’oxygène et ont une volatilité proche de zéro.
— Lorsqu’elle est exposée à la lumière ultraviolette, la résine polymérise en se réticulant en un solide résistant à la chaleur jusqu’à au moins 400°C, ce qui est au-delà de la température maximale rencontrée en orbite.
— L’utilisation de la lumière du soleil pour la polymérisation et le bouclage élimine le besoin d’une source de lumière ultraviolette séparée, permettant une fabrication avec une faible consommation d’énergie.
somption.

Développements futurs
La fabrication en orbite à base de résine de Mitsubishi Electric permet aux petits satellites d’atteindre des capacités de grands satellites, ce qui réduit les coûts de lancement et permet à la technologie satellitaire d’être utilisée plus que jamais dans des applications telles que la communication et l’observation de la Terre (EO). Ces capacités étendues devraient permettre de fournir plus rapidement des images satellite et des données d’observation qui répondent aux besoins variés des individus et des organisations.

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