Спутник из стекла разбивает шаблоны проектирования

Эта работа – яркий пример незашоренного мышления инженеров. Небольшой кусочек прозрачного стекла с внедрёнными внутрь микросхемами может оказаться умнее, надёжнее, дешевле и эффективнее, чем спутники традиционной конструкции.

Доктор Генри Хелваджиан (Henry Helvajian) и его команда инженеров и учёных из калифорнийской корпорации Aerospace при поддержке и в интересах научно-исследовательского агентства Пентагона (DARPA) разработали новую технологию "Стеклянные спутники" (Glass Satellites).

И пусть присутствие в проекте небезызвестного оборонного агентства намекает на возможное военное назначение таких аппаратов – авторы технологии видят для неё массу гражданских сфер применения.

Итак, в декабре 2004 года учёные из корпорации Aerospace представили рабочую модель стеклянного пикоспутника со всеми функциональными устройствами внутри, а вскоре они намерены показать ещё один демонстратор, который благодаря встроенным микрореактивным двигателям проделает маневры на столе с воздушной смазкой (имитирующей невесомость "на плоскости").

 

 

Заметим, нано— (вес от 1 до 10 килограммов) и пикоспутники (вес до 1 килограмма) – одно из самых передовых и перспективных направлений отрасли. Таким спутникам прочат расширение ареала "обитания" – системы связи, наблюдение за земной поверхностью, научные исследования.

NASA и DARPA уже проводили совместные эксперименты по запуску пикоспутников с борта челнока. На снимке — шаттл Endeavor, 2002 год (фото с сайта mordred.cs.ucla.edu).

Но зачем тут стекло? Удивительно, но из него выполнен корпус аппарата, начинённый электроникой. Такой спутник, говорят авторы проекта, имеет большой потенциал к радикальному сокращению стоимости и времени производства, вкупе с повышением надёжности работы.

Сейчас многие пико— и наноспутники проектируются точно свои большие собратья. Со сложными каркасами, обшивкой и массой электронных и механических компонентов на отдельных рамах. Только размеры всего этого – отличаются.

Но ведь это неправильно. Переход к новым масштабам должен сопровождаться и сменой концепции конструкции спутника, чтобы максимально реализовать выгоды миниатюрности.

Многие проекты пикоспутников (как этот аппарат PolySat калифорнийского политехнического университета) во всём, кроме масштаба, походят на спутники нормального размера (фото и рисунок с сайта polysat.calpoly.edu).

Ряд компаний работает в этом направлении. Среди интересных работ такого рода нужно отметить пикоспутник StenSat, построенный ещё в 1999 году одноимённой американской компанией. Он весил всего 233 грамма и предназначался для поддержки любительской радиосвязи.

Вот и Aerospace ищет неординарные пути построения пикоспутников. И находит – применение стекла.

Хелваджиан объяснил, что стекло предлагает инженерам много свойств, которыми другие материалы не обладают.

Поскольку оно прозрачно, то позволяет устроить внутриспутниковую коммуникацию между отдельными узлами посредством оптических излучателей. А это резко уменьшает вероятность отказов, связанных с проводами, разъёмами и коммутаторами на обычных спутниках.

StenSat – ещё один пример ряда оригинальных решений в постройке пикоспутника (фото с сайта stensat.org).

Изготавливает такие корпуса лазерный автомат, вырезающий и гравирующий деталь в трёх измерениях, которая потом помещается в печь и травится в кислотном растворе.

В результате получается сложная трёхмерная деталь с точностью выдерживания размеров в пять микрон.

Дополнительная выгода от такой конструкции – это то, что определённые системы могут быть объединены в структуру корпуса.

Так топливный бак для микрореактивных движков – это вообще не отдельная деталь, а полость в толще стекла с каналами в нужных местах. Это снижает вес спутника и, опять-таки, идёт на пользу надёжности.

Кстати, использованное в проекте стекло прочно как никель. Но оно очень технологично и позволяет инженерам задавать сложные формы, менять цвет различных участков детали и другие её свойства.

Первый стеклянный спутник-демонстратор содержит семь шаблонных пластин и монтажную плату с электроникой навигации и связи.

Диаметр спутника (он имеет вид таблетки) – 10 сантиметров, а толщина – менее 13 миллиметров. Вес же его, вместе с топливом на борту, составляет всего 330 граммов.

Одно же из главных преимуществ проекта – полная приспособленность аппарата к компьютерно-машинному изготовлению.

Aerospace Corporation – один из пионеров в постройке пикоспутников. Так этот экспериментальный образец, размером 10 х 7,6 х 2,5 сантиметра, был запущен на орбиту в 2000 году, по программе DARPA (фото с сайта businessweek.com).

Стеклянный корпус вырезает робот по командам компьютера, платы с микросхемами также может собирать автомат и так далее. А это означает, что можно организовать поточное производство таких спутников – почти безлюдное и относительно дешёвое.

Что могли бы делать такие спутники? Компания видит много возможностей. Например, рой таких спутников-инспекторов можно выпускать с борта спутника нормального размера.

Они облетали бы материнский аппарат и фотографировали все его детали, чтобы на Земле могли бы проверить их работу: раскрытие антенн, состояние солнечных батарей и тому подобное.

А гигантский рой пикоспутников может представлять собой одну космическую радиоантенну, потеря или отказ нескольких элементов в которой никак не повлияет на работу устройства в целом.

Aerospace Corporation надеется на финансирование от коммерческого сектора, которое позволит ей развивать технологию стеклянных спутников далее. И фирма уже ведёт переговоры с рядом потенциальных партнёров.

Статья о науки и техники получена: Membrana.ru