キューブサット、展開可能なソーラーパネル、アンテナアレイ、宇宙望遠鏡などの軽量宇宙構造物は、打ち上げコストを最小限に抑え、機能を最大限に高めるために、コンパクトで効率的な設計に依存しています。イリノイ大学の新しい研究は、フレキシブルエレクトロニクスを自己展開可能なブームに統合することにより、これらの用途に大きな進歩をもたらしました。
研究者らは、CubeSat で使用するために、統合された柔軟な電子機器を備えた 20 グラムの自己展開可能なブームを作成しました。ブームは薄いカーボンファイバー複合材で作られており、過酷な宇宙条件に耐え、展開の監視と視覚化を支援するセンサーと LED が装備されています。
軽量設計は、宇宙構造物、特に小型軽量衛星用のツールにとって重要です。多用途性もさらなる利点です。これらの要件を新しい方法で満たすために、イリノイ大学アーバナシャンペーン校の研究者らは、フレキシブルエレクトロニクスと重量わずか 20 グラムの 3 層の自己展開型ブームを組み合わせることに成功しました。
イリノイ大学グレンジャー工学部の航空宇宙教授シン・ニン氏は、「市販の電子機器をこうした超薄型構造に組み込むのは困難で、この研究のアイデアは2年前の会議から始まった」と述べた。
彼は、軽量で柔軟なエレクトロニクスを統合する多機能空間構造の製造における独自の専門知識を紹介しました。
「これはNASAラングレー研究センターのフアン・フェルナンデス氏の目に留まりました。彼はバージニア工科大学でキューブサットプロジェクト用のブーム構造物を構築していたところ、協力して単なる構造物ではなく多機能デバイスを構造物に追加する機会を見出しました」とニン氏は語った。
最終的に、電子機器を収容するために使用されるブームは NASA ラングレー研究センターで製造されました。これは 3 層のカーボンファイバーとエポキシ樹脂の複合材料で、非常に薄く、紙とほぼ同じ厚さになるように設計されています。巻尺のように巻き上げることができ、コイルが宇宙で展開するまでエネルギーをコイルに蓄えます。
「バージニア工科大学は私たちに特定の要求を持っており、その中には私たちにとって課題となるものもある」とニング氏は語った。 「1つは長さでした。彼らは、紙のように薄い複合材料に1メートルを超える電力線とデータ線を埋め込みたいと考えていました。私たちはさまざまな材料と技術を試しました。最終的には、絶縁体でコーティングされた市販の細いワイヤを使用しましたが、うまくいきました。最初は考えすぎだったと思います。より困難で複雑な方法を試みましたが、すべて失敗しました。これは、既製のすぐに入手できるワイヤを使用した、シンプルで信頼性の高いソリューションでした。」
もう 1 つの重要なコンポーネントは、モーション センサー、温度センサー、青色発光ダイオードを備えた軽量で柔軟な電子パッチで、すべてブームの上部に取り付けられています。ニング氏は、電子部品は、コイル状ブームの突然の展開に耐えられる十分な柔軟性を維持しながら、宇宙の過酷な熱真空条件に耐えることができる必要があると説明しています。モーション センサーはブームの展開と振動を監視し、青色発光ダイオードは展開後の CubeSat カメラが宇宙の構造物を確認するのに役立ちます。
Ning のチームは、柔軟な電子機器を備えた双安定ブームの機械的特性、展開および振動挙動を調査するために、包括的な地上実験とシミュレーションを実施しました。これらの基礎研究は、将来の多機能空間構造の設計に貴重な洞察を提供します。 「私たちはまた、フレキシブルエレクトロニクスを宇宙環境で保護し、より長く動作させるために、宇宙での耐久性を高めることにも取り組んでいます。」
バージニア工科大学の多目的ブームを備えた 3 ユニットの CubeSat は、2025 年に打ち上げられる予定です。
/ScitechDaily から編集