3D打印鋁合金衛(wèi)星天線通過(guò)歐洲航天局飛行認(rèn)可

來(lái)源：3D科學(xué)谷

歐洲航天局（ESA）曾在官方網(wǎng)站上披露計(jì)劃于2020年發(fā)射星上自主項(xiàng)目-3(PROBA-3)衛(wèi)星，利用兩顆米級(jí)小衛(wèi)星開(kāi)展世界首 個(gè)精 確編隊(duì)飛行任務(wù),并通過(guò)制造出持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)的人造日食開(kāi)展日冕研究。PROBA-3衛(wèi)星是PROBA系列衛(wèi)星中的一顆,其首要任務(wù)是驗(yàn)證精 確編隊(duì)飛行技術(shù)。

PROBA-3衛(wèi)星的天線系統(tǒng)中包括一種3D打印鋁合金螺旋式天線，該天線近日已由合同制造商完成交付，并通過(guò)了ESA PROBA-3衛(wèi)星任務(wù)的飛行認(rèn)可。

據(jù)了解，PROBA-3衛(wèi)星的合同制造商SENER Aeroespacial與CATEC已完成了ESA PROBA-3衛(wèi)星的遙測(cè)和遙控天線的交付，這組天線包括由SENER通過(guò)金屬3D打印技術(shù)制造的鋁合金螺旋式天線。SENER已經(jīng)為ESA的主要科學(xué)任務(wù)（例如BepiColombo，Solar Orbiter，Euclid和Juice）提供了多種高、中增益天線指向系統(tǒng)。作為開(kāi)發(fā)這些系統(tǒng)的一部分，SENER設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和集成了關(guān)鍵的通信元件，其中*著名的是天線和集成在內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)接頭。

CATEC曾與空中客車（Airbus）合作為電信衛(wèi)星的太陽(yáng)能電池板開(kāi)發(fā)鈦合金支撐架，并為航空航天領(lǐng)域提供了上百種配件，托架，整流罩和其他應(yīng)用行業(yè)。SENER與CATEC共同開(kāi)發(fā)了PROBA-3天線系統(tǒng)中的3D打印鋁合金螺旋式天線，該天線已經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的驗(yàn)證和資格測(cè)試，并獲得了ESA PROBA-3衛(wèi)星任務(wù)的飛行認(rèn)可。

根據(jù)SENER，3D打印鋁合金螺旋式天線在實(shí)現(xiàn)功能的同時(shí)保持了射頻和熱機(jī)械性能。通過(guò)增材制造-3D打印技術(shù)制造衛(wèi)星天線部件已受到全球范圍內(nèi)航天大國(guó)的重視，其中典型的在軌應(yīng)用包括3D打印天線支架。

ESA的制造商之一Thales Alenia Space已將粉末床選區(qū)激光熔化3D打印技術(shù)投入到電信衛(wèi)星組件的批量生產(chǎn)中，Thales Alenia Space在這方面的新動(dòng)態(tài)是生產(chǎn)全電動(dòng)Spacebus Neo平臺(tái)電信衛(wèi)星中的組件，Spacebus Neo將配備4個(gè)3D打印鋁制反作用輪支架，以及16個(gè)天線展開(kāi)和指向機(jī)構(gòu)（ADPM）支架，其中包括4個(gè)鋁合金支架和12個(gè)鈦合金支架。

根據(jù)市場(chǎng)研究，我國(guó)科研機(jī)構(gòu)以及航空航天制造企業(yè)在鋁合金衛(wèi)星天線增材制造領(lǐng)域已取得了相關(guān)應(yīng)用研究成果，例如清華大學(xué)針對(duì)面向低軌定位載荷的鋁合金喇叭天線的增材制造方法開(kāi)展了研究，包括天線脊和底部的網(wǎng)格化設(shè)計(jì)，天線諧振腔底部的開(kāi)口設(shè)計(jì)，內(nèi)脊底部的支柱設(shè)計(jì)，天線外脊的設(shè)計(jì)，以及激光成型與重熔工藝流程參數(shù)的設(shè)計(jì)，后通過(guò)一種定制的3D打印流程克服鋁合金難以打印的問(wèn)題。通過(guò)增材制造工藝與設(shè)計(jì)方式實(shí)現(xiàn)的天線重量降低2/3，對(duì)于星載應(yīng)用具有重要意義。

無(wú)論是已實(shí)現(xiàn)在軌應(yīng)用的天線支架，還是鋁合金3D打印天線，3D打印技術(shù)在這些衛(wèi)星部件中的應(yīng)用與其在實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星組件輕量化以及實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造方面的優(yōu)勢(shì)密切相關(guān)。隨著3D打印技術(shù)的應(yīng)用，衛(wèi)星輕量化已全面到來(lái)。通過(guò)3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星輕量化的途徑包括制造傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜點(diǎn)陣輕量化結(jié)構(gòu)，以及制造功能集成一體化結(jié)構(gòu)。

在點(diǎn)陣輕量化衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的制造領(lǐng)域，我國(guó)走在了世界前列。2019年8月17日成功入軌的“千乘一號(hào)01星”衛(wèi)星的主結(jié)構(gòu)是目前國(guó)際首 個(gè)基于3D打印點(diǎn)陣材料的整星結(jié)構(gòu)，千乘一號(hào)小衛(wèi)星結(jié)構(gòu)由航天五院總體部機(jī)械系統(tǒng)事業(yè)部負(fù)責(zé)研制，整星增材制造工作委托西安鉑力特增材技術(shù)股份有限公司完成。

千乘一號(hào)整星結(jié)構(gòu)采用面向增材制造的輕量化三維點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，整星結(jié)構(gòu)通過(guò)鋁合金增材制造技術(shù)一體化制備。傳統(tǒng)微小衛(wèi)星結(jié)構(gòu)重量占比為20%左右，整星頻率一般為70Hz左右。千乘一號(hào)微小衛(wèi)星的整星結(jié)構(gòu)重量占比降低至15%以內(nèi)，整星頻率提高至110Hz，整星結(jié)構(gòu)零部件數(shù)量縮減為5件，設(shè)計(jì)及制備周期縮短至1個(gè)月。整星結(jié)構(gòu)尺寸超過(guò)500mm×500mm×500mm包絡(luò)尺寸，也是目前*大的增材制造一體成形衛(wèi)星結(jié)構(gòu)。