极限科技改变太空工程,几克重的人造卫星将不足为奇


?

在过去的几年中,一种有希望的方法是通过最大化或最小化空间探测器或空间设备来限制空间设计。通过由皇家工程学院资助的10年研究项目,研究团队正在探索航天器极限设计的可能性。我们认为,这是一个需要开发的领域,可能为未来的空间任务设计提供新的思路。

新浪科技新闻北京时间8月19日消息,据外媒报道,今年是阿波罗飞船登月50周年,这一成就得益于空间技术的快速发展,使人类登月成为可能。在登月前的很短时间内,工程师们掌握了火箭推进、机载计算和空间操作,这部分是由于巨大的财政投资。

自从阿波罗登月以来,空间工程迅速发展成为一系列补充技术,提供令人兴奋的新空间科学任务、地面观测和全球通信和导航服务网络。现在我们可以降落在彗星表面探测宇宙的历史。但在未来几十年里,哪种最新的空间技术能为航空航天工业带来创新?

在过去的几年中,一种有希望的方法是通过最大化或最小化空间探测器或空间装置来限制空间设计。通过由皇家工程学院资助的10年研究项目,研究团队正在探索航天器极限设计的可能性。我们认为,这是一个需要开发的领域,可能为未来的空间任务设计提供新的思路。

小型化设计

这是一颗30×10×10厘米的立方体卫星,只有几公斤重,可以携带各种不同的有效载荷。它们通常用于地球观测或低成本的科学实验。

空间技术的小型化可以减少航天器的体积。例如,重100千克的小型卫星可用于灾害监测。它们可以与多颗小卫星一起工作。近年来,科学家们还设计了立方体微卫星,这些微卫星是30 x 10 x 10 cm CubeSats卫星,重量只有几公斤,携带各种不同的有效载荷。它们通常用于地球观测或低成本科学实验,因为多个微卫星可用作次级有效载荷,由较大的卫星携带,然后部署在太空中。

我们的目标是将航空航天技术降低一个数量级,从3 x 3 cm卫星印刷电路板(PCB)开始,然后是更紧凑的空间设备。该微型卫星已经实施了轨道演示。 Sprite微卫星就是一个例子。它的重量仅为4克,但是麻雀小而完整,具有传感器,通信和板载数据处理功能。

目前,Sprite微型卫星已部署在国际空间站外。不久前,在KickSat-2太空任务中部署了105颗Sprite微型卫星,每颗卫星的成本不到100美元。在太空部署卫星后,第二天成功接收到信号,未来这些小型化设备有望在太空中执行新任务。

在未来,我们计划制造可以控制其空间方向和轨道的自由飞行设备,这将使我们能够部署大量传感器来实现分布式传感网络,支持实时,大规模的数据采集,包括空间天气监测。较小的器件可实现基于单个硅芯片的高度集成,批量生产的微型卫星。

一个令人兴奋的可能性是,通过耦合大帆,这种微型卫星可以与星舰结合,在几十年内到达其他星系,也可以在彗星或小行星附近使用。无所不在的调查分析。

大空间结构

国际空间站现在使用30米长的大型可伸缩动臂放置太阳能电池板。在未来,我们的目标是在太空轨道上创建大而轻的结构,这将使空间结构增加一个数量级。这可以通过将3D打印技术应用于真空和微重力环境来实现,我们相信这可以用于制造大型天线,能量采集器或空间反射器。

为什么我们需要这么大的空间结构?以詹姆斯韦伯太空望远镜为例,它将很快取代哈勃太空望远镜,该太空望远镜有一个巨大的主镜,通过网球场大小的盾构结构遮挡阳光,以便将这项技术应用于阿丽亚娜。在第5火箭上,主镜和遮阳板都是可拉伸的。一旦进入太空,就需要进行一系列复杂的单独发射,否则就会面临任务失败的风险。

在空间轨道上直接制造大而轻的结构可能对空间技术产生重大影响,降低从地面发射精密设备的风险,例如,如果结构支撑材料可以在连续制造期间直接印刷在反射膜上。它可能会产生数百米宽的大型反射器。

在极地轨道上,这个反射器在黎明和黄昏时照亮地面太阳能发电厂,虽然发电量非常低,但现货价格很高,这将是一种新的太空服务,产品是能源而不是信息。

它还可用于反射光,产生工业规模的太阳热,用于处理从近地小行星中回收的材料。例如,500米半径的反射器拦截1G的热量,相当于地面。普通电站的发电效率。

在小行星上高温蒸发水具有特殊的作用,因为它有助于我们在太空中制造推进剂。太阳能可将水分解为氢气和氧气,并将其用作燃料。当它们重新组合并点燃时,它们会燃烧并产生推力以将航天器推进太空。未来在太空轨道上制造推进剂燃料可以降低未来人类太空探险的成本,并避免将燃料从地球表面运输到太空。 (叶倾城)

f227-hxyuaph8301885.png