3D打印铝合金卫星天线通过欧洲航天局飞行认可

欧洲航天局(ESA )曾在官方网站上披露计划于2020年发射星上自主项目-3(PROBA-3 )卫星,利用两颗米级小卫星开展世界首个精确编队飞行任务,并通过制造出持续时间长达数小时的人造日食开展日冕研究。PROBA-3 卫星是PROBA系列卫星中的一颗,其首要任务是验证精确编队飞行技术。

PROBA-3 卫星的天线系统中包括一种3D打印铝合金螺旋式天线,该天线近日已由合同制造商完成交付,并通过了ESA PROBA-3卫星任务的飞行认可。

Part_ Metal Antenna_SENER3D打印铝合金天线。来源:SENER Aeroespacial

block 面向在轨应用

根据3D科学谷的市场观察,PROBA-3 卫星的合同制造商SENER Aeroespacial与CATEC已完成了ESA PROBA-3卫星的遥测和遥控天线的交付,这组天线包括由SENER 通过金属3D打印技术制造的铝合金螺旋式天线。

SENER 已经为ESA的主要科学任务(例如BepiColombo,Solar Orbiter,Euclid和Juice)提供了多种高、中增益天线指向系统。作为开发这些系统的一部分,SENER 设计、验证和集成了关键的通信元件,其中最著名的是天线和集成在内部的旋转接头。

CATEC曾与空中客车(Airbus)合作为电信卫星的太阳能电池板开发钛合金支撑架,并为航空航天领域提供了上百种配件,托架,整流罩和其他应用行业。

SENER 与 CATEC共同开发了PROBA-3 天线系统中的3D打印铝合金螺旋式天线,该天线已经过严格的验证和资格测试,并获得了ESA PROBA-3卫星任务的飞行认可。

根据 SENER,3D打印铝合金螺旋式天线在实现功能的同时保持了射频和热机械性能

block 3D科学谷Reivew

通过增材制造-3D打印技术制造卫星天线部件已受到全球范围内航天大国的重视,其中典型的在轨应用包括3D打印天线支架

ESA 的制造商之一Thales Alenia Space 已将粉末床选区激光熔化 3D打印技术投入到电信卫星组件的批量生产中, Thales Alenia Space 在这方面的新动态是生产全电动Spacebus Neo平台电信卫星中的组件,Spacebus Neo 将配备4个3D打印铝制反作用轮支架,以及16个天线展开和指向机构(ADPM)支架,其中包括4个铝合金支架和12个钛合金支架。

根据3D科学谷市场研究,我国科研机构以及航空航天制造企业在铝合金卫星天线增材制造领域已取得了相关应用研究成果,例如清华大学针对面向低轨定位载荷的铝合金喇叭天线的增材制造方法开展了研究,包括天线脊和底部的网格化设计,天线谐振腔底部的开口设计,内脊底部的支柱设计,天线外脊的设计,以及激光成型与重熔工艺流程参数的设计,最后通过一种定制的3D打印流程克服铝合金难以打印的问题。通过增材制造工艺与设计方式实现的天线重量降低2/3,对于星载应用具有重要意义。

无论是已实现在轨应用的天线支架,还是铝合金3D打印天线,3D打印技术在这些卫星部件中的应用与其在实现卫星组件轻量化以及实现复杂结构制造方面的优势密切相关。3D科学谷在《3D打印与工业制造》一书中提到,随着3D打印技术的应用,卫星轻量化已全面到来。通过3D打印技术实现卫星轻量化的途径包括制造传统技术无法实现的复杂点阵轻量化结构,以及制造功能集成一体化结构。

在点阵轻量化卫星结构的制造领域,我国走在了世界前列。2019年8月17日成功入轨的“千乘一号01星”卫星的主结构是目前国际首个基于3D打印点阵材料的整星结构,千乘一号小卫星结构由航天五院总体部机械系统事业部负责研制,整星增材制造工作委托西安铂力特增材技术股份有限公司完成。

千乘一号整星结构采用面向增材制造的轻量化三维点阵结构设计方法进行设计,整星结构通过铝合金增材制造技术一体化制备。传统微小卫星结构重量占比为20%左右,整星频率一般为70Hz左右。千乘一号微小卫星的整星结构重量占比降低至15%以内,整星频率提高至110Hz,整星结构零部件数量缩减为5件,设计及制备周期缩短至1个月。整星结构尺寸超过500mm×500mm×500mm包络尺寸,也是目前最大的增材制造一体成形卫星结构。

参考资料:

- 韩淋 ,中国科学院科技战略咨询研究院,《ESA拟于2020年发射可人工制造日食的Proba-3卫星》;

- 国防科技信息网,《ESA拟通过Proba-3任务验证精确编队飞行技术》;

- SENAR Aerospace.

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