Количество напечатанных на 3D-принтере деталей на борту спутников растет благодаря достижениям в области аддитивного производства. Спутниковые фирмы осваивают технологию, позволяющую сократить расходы и ускорить производство космических аппаратов, обладающих все более широкими возможностями. Достижения прокладывают путь к будущему, в котором спутники смогут печатать детали на орбите. Но насколько индустрия близка к 3D-печати целых спутников?
Это сложный вопрос, не в последнюю очередь потому, что количество частей спутника сильно различается в зависимости от его размера и сложности и варьируется от простых фундаментальных структур до сложных полупроводников.
«Детали Cubesat могут состоять из сотен компонентов, в то время как более крупные спутники могут иметь от десятков тысяч до сотен тысяч» для флагманских миссий, таких как только что запущенный космический телескоп Джеймса Уэбба стоимостью 10 миллиардов долларов, сказал Эмиль де Рийк, генеральный директор специалиста по аддитивному производству компании Свиссто12.
Но всего пять лет назад «использование структур, напечатанных на 3D-принтере, было в значительной степени экспериментальным, и очень немногие части использовались в миссиях и полезной нагрузке, и имели здоровую склонность к риску», по словам де Рийка.
По его словам, почти все спутники, построенные сегодня, имеют по крайней мере некоторые детали, напечатанные на 3D-принтере, хотя большинство из них по-прежнему представляют собой относительно простые механические системы крепления для удержания конструкции системы в целости.
Для Maxar Technologies компоненты аддитивного производства стали стандартом для всех создаваемых ею спутников, и в 2020 году на их долю приходится примерно треть компонентов спутника.
Первая металлическая деталь, напечатанная на 3D-принтере, которую Maxar использовала для спутника, была изготовлена из титанового сплава и запущена в 2016 году на спутнике связи JCSAT-15, построенном для Sky Perfect JSAT в Японии. Компания Maxar использовала детали, изготовленные методом аддитивного производства из алюминия, титана и пластика, на более чем 20 запущенных с тех пор спутниках — всего 5800 компонентов на орбите.
«Maxar использует 3D-печать для космического производства, потому что это улучшает гибкость графика, снижает затраты и повышает производительность», — сказал старший вице-президент Maxar по космосу Крис Джонсон.
«Для изготовления компонентов, напечатанных на 3D-принтере, требуется меньше людей и менее дорогой материал, что часто служат достижению нескольких целей, уменьшая массу, количество оборудования и общую сложность компонентов».
Рич Астон, главный инженер по аддитивному производству в Boeing Defense, Space & Security, сказал, что его компания применяет технологии аддитивного производства в космических кораблях и ракетах-носителях, включая высокопроизводительные теплообменники, механизмы, конструкции и пассивные микроволновые устройства.
3D-печать помогает Boeing «раздвигать границы возможного с технологической точки зрения, создавать новые конструкции, быстро создавать прототипы, тестировать и, где это целесообразно, развертывать новые технологии», — сказал Астон.
Boeing стремится расширить возможности — в частности, для своей дочерней компании Millennium Space Systems, ориентированной на рынок малых спутников, где 3D-печать оказывается особенно подходящей для развертывания систем на орбите быстрее, чем когда-либо прежде.
Aston сказал, что для небольших спутников компания «продемонстрировала, что спутники, напечатанные на 3D-принтере, обеспечивают гораздо более быстрое время производственного цикла и примерно на 30% дешевле, чем традиционные конструкции ».
По словам де Рийка, необходим «довольно большой шаг» от создания простых конструкций, таких как механические кронштейны, до 3D-печати систем управления тепловым режимом, радиочастотными (РЧ) и другими более сложными компонентами на спутнике.
Полупроводниковая промышленность, например, инвестировала сотни миллиардов долларов за последние 40 лет в миниатюризацию все более мощных микросхем, лежащих в основе современных технологий.
Передовые полупроводниковые цеха теперь могут производить микросхемы с точностью до 5 нанометров с помощью фотолитографических процессов, отметил директор по развитию Swissto12 Питер Гуггенбах, в то время как «3D-печать работает в [совершенно] другом мире».
По словам Гуггенбаха, современные машины для 3D-печати, использующие технологию селективного лазерного плавления, имеют точность в диапазоне 50 микрометров, что в 10 000 раз менее точно, чем у лучших производителей микросхем.
По словам аналитика Northern Sky Research Далласа Касабоски, отсутствие стандартизации спутников также является препятствием для обеспечения преимуществ экономии за счет масштаба, которые предлагает 3D-печать. и это не похоже на 3D-печать ракетного двигателя, которая, вероятно, довольно проста (читай: повторяема), в то время как спутники еще не стандартизированы на таком уровне, который мог бы принести большую пользу от этого», — сказал Касабоски.
«Однако работа по оптимизации производственного процесса продолжается, поэтому, возможно, больше оборудования будет напечатано на 3D-принтере по мере нашего продвижения вперед».
Статья полностью (англ)
