德国初创公司 Orbital Matter 研发的一颗卫星,近日在轨道上利用 3D 打印技术制造出一根长约半米的横梁。公司高管称,这是自由飞行航天器首次在轨完成此类打印,也是未来在太空建造大型结构迈出的重要一步。
据了解,这颗名为 Replicator 2 的小型卫星于今年夏季搭乘 SpaceX 的拼车发射任务进入太空,机上搭载了 Orbital Matter 的 4 台 3D 打印机。每台打印机都能够通过挤出树脂线圈制造坚固的圆柱形横梁,随后利用紫外线照射使树脂固化。该公司将这一过程比作水泥与水混合后凝固成型。
这项技术之所以重要,是因为未来的航天器需要拥有更大的尺寸,才能产生更多电力,并将更多热量散发到太空真空环境中。如果未来要建设轨道数据中心,这方面的需求将尤为突出。然而,航天器在发射时仍必须适应运载火箭顶部整流罩内部狭小的空间。如果航天器能够在轨道上自行建造所需结构,电力供应和散热方面的难题就有望更容易得到解决。
Orbital Matter 首席执行官兼联合创始人雅库布 · 斯托耶克表示:“Replicator 2 首次证明,我们完全可以直接在太空中建造太阳能电池阵列,并根据任务需求决定其尺寸。”
如今,太空中的大型结构主要通过类似折纸的方式展开:大型太阳能电池阵列或望远镜镜面在发射前折叠收纳,进入轨道后再展开。这类操作涉及复杂的工程设计,因此,直接在太空中制造和组装这些结构成为一种颇具吸引力的方案。
NASA 已经资助过一些相关研究。其中较为突出的是与 Redwire 公司合作开展的一项任务。该公司曾于 2023 年在线D 打印结构横梁,但这项技术始终未能真正进入太空应用。
Orbital Matter 的 4 台打印机中,有两台专门用于展开柔性太阳能电池阵列。不过,一次异常情况导致其中一台打印机发生故障。尽管如此,另一台打印机成功制造出的支撑杆仍顺利展开了太阳能电池阵列,成为这项技术的重要概念验证。
此前,微重力环境下的 3D 打印尝试仅限于国际空间站内部的加压环境,而 Orbital Matter 此次则在自由飞行的卫星上完成了相关测试。
Orbital Matter 首席技术官罗伯特 · 伊纳蒂辛告诉 TechCrunch:“这就是我们为什么要在这颗卫星上搭载这么多台打印机。与其在地面上花费数年时间测试各种可能性,我们更愿意直接在轨道上积累经验,并根据需要调整软件。”
此次打印横梁的长度受到卫星携带树脂数量的限制,但公司工程师认为,制造长度达 100 米的横梁是可行的。作为对比,SpaceX 的 Starlink V2 卫星是目前轨道上性能最强的量产卫星之一,其太阳能电池阵列长度约为 20 米。
Orbital Matter 于 2022 年由伊纳蒂辛和斯托耶克共同创立。伊纳蒂辛此前曾在 3D 打印公司 Formlabs 工作。公司成立后完成了 300 万美元的种子轮融资。
目前,Orbital Matter 正在筹备另一项技术验证任务,计划于 2028 年发射。届时,公司将测试一款更大尺寸的打印机,并将其搭载在一颗更大的卫星上。公司希望借此展开一套能够提供 5 千瓦电力的太阳能电池阵列。
该任务将成为后续扩大部署规模的“垫脚石”。Orbital Matter 计划到 2030 年实现单侧太阳能电池阵列输出功率超过 100 千瓦的大规模部署。
此外,该公司还在与多家卫星制造商合作。这些制造商正在考虑将 Orbital Matter 的 PADS集成到自家航天器中,用于展开太阳能电池板、天线或其他组件。
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