Αναβιώνει το project SpiderFab για 3D printed κατασκευές στο Διάστημα!

Σύνοψη

• Κινεζική ερευνητική ομάδα από το ινστιτούτο της Shenyang αναπτύσσει τεχνολογίες in-orbit κατασκευής και αυτόνομης ρομποτικής συναρμολόγησης.
• Η τεχνολογική προσέγγιση βασίζεται στην αρχιτεκτονική SpiderFab, επιτρέποντας την 3D εκτύπωση γιγαντιαίων δομών απευθείας σε συνθήκες μικροβαρύτητας.
• Η απευθείας κατασκευή στο διάστημα παρακάμπτει τους αυστηρούς περιορισμούς διαστάσεων των πυραύλων και εξαλείφει την ανάγκη για ενισχυμένη στατική θωράκιση των φορτίων κατά την εκτόξευση.
• Η εξέλιξη της τεχνολογίας συνδέεται με τον στρατηγικό στόχο της Κίνας για την εγκατάσταση διαστημικών σταθμών συλλογής ηλιακής ενέργειας (SBSP) σε γεωστατική τροχιά έως το 2035.

Η παραδοσιακή αεροδιαστημική βιομηχανία υπακούει σε ένα αυστηρό και εξαιρετικά περιοριστικό κατασκευαστικό μοντέλο: κάθε δορυφόρος, τηλεσκόπιο ή διαστημική υποδομή πρέπει να κατασκευαστεί πλήρως στη Γη, να αναδιπλωθεί με περίπλοκους μηχανισμούς για να χωρέσει στην καλύπτρα φορτίου ενός πυραύλου και, τέλος, να αντέξει τις ακραίες ακουστικές και μηχανικές καταπονήσεις της εκτόξευσης. Αυτή η μηχανική λογική φτάνει πλέον στα φυσικά της όρια. Προκειμένου να ξεπεραστεί αυτό το εμπόδιο, ερευνητικές ομάδες στην Κίνα αναλαμβάνουν να υλοποιήσουν πρακτικά την αρχιτεκτονική in-orbit (σε τροχιά) κατασκευής, φέρνοντας στο προσκήνιο το πρωτοποριακό όραμα του προγράμματος SpiderFab.

Τι είναι το πρόγραμμα SpiderFab και πώς λειτουργεί;

Το SpiderFab αποτελεί μια προηγμένη αρχιτεκτονική διαστημικής κατασκευής που συνδυάζει την τρισδιάστατη εκτύπωση (3D printing) και τη ρομποτική συναρμολόγηση απευθείας σε γήινη τροχιά. Σχεδιασμένο αρχικά το 2013 από την Tethers Unlimited με χρηματοδότηση της NASA, επιτρέπει τη δημιουργία γιγαντιαίων δομών, όπως ηλιακά πάνελ και τηλεπικοινωνιακές κεραίες χιλιομέτρων, καταργώντας πλήρως τους περιορισμούς μεγέθους και βάρους που επιβάλλουν οι πύραυλοι εκτόξευσης.

Η κεντρική ιδέα αφορά την αποστολή στο Διάστημα αποκλειστικά πρώτων υλών, όπως συμπαγή καρούλια από ίνες άνθρακα και ειδικά πολυμερή. Στη συνέχεια, αυτόνομα ρομποτικά συστήματα —αναλαμβάνοντας τον ρόλο «διαστημικών αραχνών»— αναλαμβάνουν να εξωθήσουν το υλικό, να το μορφοποιήσουν και να υφάνουν τεράστια δικτυώματα απευθείας στο απόλυτο κενό.

Ο περιορισμός των πυραύλων και το κατασκευαστικό πλεονέκτημα

Οι σύγχρονοι πύραυλοι, όπως ο Falcon 9 της SpaceX ή ο Long March 5 της Κίνας, διαθέτουν καλύπτρες φορτίου με ωφέλιμη διάμετρο που σπάνια ξεπερνά τα 5 μέτρα. Επιπλέον, το 80% της δομικής μάζας ενός τυπικού δορυφόρου υφίσταται αποκλειστικά και μόνο για να διασφαλίσει την επιβίωση των συστημάτων κατά τα πρώτα 10 λεπτά της εκτόξευσης. Κατασκευάζοντας τις υποδομές απευθείας στο Διάστημα, τα εξαρτήματα μπορούν να βελτιστοποιηθούν αποκλειστικά για συνθήκες μικροβαρύτητας. Αυτό σημαίνει ελαφρύτερα υλικά, δραστικά μειωμένο κόστος εκτόξευσης και δυνατότητα ανάπτυξης διαστημικών κεραιών εκατοντάδων μέτρων, ικανών να προσφέρουν τεράστιο bandwidth και αναλύσεις αδιανόητες για τα σημερινά δεδομένα.

Η υλοποίηση από την Κίνα και οι ρομποτικές διατάξεις

Σύμφωνα με πρόσφατες αναφορές, Κινέζοι επιστήμονες, με κύριο άξονα ερευνητικές ομάδες από ινστιτούτα τεχνολογίας στη Shenyang, επιταχύνουν τις δοκιμές τεχνολογιών που υλοποιούν το συγκεκριμένο όραμα. Η μελέτη επικεντρώνεται στην ταχεία παραγωγή δομικών μερών υψηλής αντοχής και στην αξιόπιστη σύνδεσή τους στο διάστημα. Αντί να βασίζονται σε έτοιμα σπονδυλωτά τμήματα που απλώς κουμπώνουν μεταξύ τους, αναπτύσσουν αυτόνομους βιομηχανικούς βραχίονες ικανούς να πραγματοποιούν προσθετική κατασκευή συνεχούς ροής και συγκόλληση εν ψυχρώ στο κενό του διαστήματος.

Προκλήσεις των υλικών σε περιβάλλον κενού

Η εφαρμογή αυτού του μοντέλου απαιτεί την υπέρβαση σοβαρών τεχνικών δυσκολιών. Σε χαμηλή γήινη τροχιά (LEO), οι θερμοκρασιακές διακυμάνσεις κυμαίνονται από -150°C έως +120°C μέσα σε λίγα λεπτά, καθώς τα αντικείμενα μεταβαίνουν από τη σκιά της Γης στο άμεσο ηλιακό φως. Τα πολυμερή που χρησιμοποιούνται για την 3D εκτύπωση πρέπει να πολυμερίζονται άμεσα με τη χρήση υπεριώδους (UV) ακτινοβολίας χωρίς να κρυσταλλώνονται ή να θρυμματίζονται. Η ερευνητική δραστηριότητα της Κίνας στρέφεται στα «έξυπνα υλικά», τα οποία διαθέτουν ικανότητες αυτο-ανίχνευσης βλαβών και αποθήκευσης ενέργειας, λειτουργώντας πρακτικά ως 4D εκτυπωμένα δομικά στοιχεία.

Στόχος τα συστήματα SBSP (Space-Based Solar Power)

Η άμεση σύνδεση της in-orbit κατασκευής με τις φιλοδοξίες του Κινεζικού διαστημικού προγράμματος εντοπίζεται στα συστήματα μεταφοράς ηλιακής ενέργειας. Η Κίνα έχει θέσει ρητό στόχο να κατασκευάσει έναν διαστημικό σταθμό ηλιακής ενέργειας δυναμικότητας αρκετών Megawatts έως το 2035. Μια τέτοια εγκατάσταση απαιτεί τεράστιες επιφάνειες συλλογής ηλιακής ακτινοβολίας και ογκώδεις διατάξεις μεταφοράς μικροκυμάτων πίσω στη Γη. Ένα τέτοιο κατασκεύασμα δεν μπορεί να εκτοξευτεί μονοκομμάτι· η μοναδική βιώσιμη μηχανική λύση είναι η επιτόπια κατασκευή του μέσω τεχνολογιών SpiderFab, με συνεχή τροφοδοσία πρώτων υλών από επαναχρησιμοποιήσιμους πυραύλους.

Η αναβίωση τέτοιων μεθόδων δεν αφορά αποκλειστικά τις υπερδυνάμεις της Ασίας και της Αμερικής. Ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος (ESA) προωθεί το δικό της ερευνητικό πρόγραμμα, γνωστό ως Solaris, μελετώντας ακριβώς τη βιωσιμότητα της ηλιακής ενέργειας από το Διάστημα.

*Μπορείτε πλέον να προσθέσετε το Techgear.gr ως Προτιμώμενη Πηγή ενημέρωσης για τις αναζητήσεις σας στο Google Search!