3D打印鋁合金衛(wèi)星天線通過歐洲航天局飛行認(rèn)可

來源：3D科學(xué)谷

歐洲航天局（ESA）曾在官方網(wǎng)站上披露計劃于2020年發(fā)射星上自主項目-3(PROBA-3)衛(wèi)星，利用兩顆米級小衛(wèi)星開展世界首 個精 確編隊飛行任務(wù),并通過制造出持續(xù)時間長達(dá)數(shù)小時的人造日食開展日冕研究。PROBA-3衛(wèi)星是PROBA系列衛(wèi)星中的一顆,其首要任務(wù)是驗證精 確編隊飛行技術(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)星的遙測和遙控天線的交付，這組天線包括由SENER通過金屬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)。作為開發(fā)這些系統(tǒng)的一部分，SENER設(shè)計、驗證和集成了關(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)星的太陽能電池板開發(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)過嚴(yán)格的驗證和資格測試，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現(xiàn)功能的同時保持了射頻和熱機(jī)械性能。通過增材制造-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在這方面的新動態(tài)是生產(chǎn)全電動Spacebus Neo平臺電信衛(wèi)星中的組件，Spacebus Neo將配備4個3D打印鋁制反作用輪支架，以及16個天線展開和指向機(jī)構(gòu)（ADPM）支架，其中包括4個鋁合金支架和12個鈦合金支架。

根據(jù)市場研究，我國科研機(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)針對面向低軌定位載荷的鋁合金喇叭天線的增材制造方法開展了研究，包括天線脊和底部的網(wǎng)格化設(shè)計，天線諧振腔底部的開口設(shè)計，內(nèi)脊底部的支柱設(shè)計，天線外脊的設(shè)計，以及激光成型與重熔工藝流程參數(shù)的設(shè)計，后通過一種定制的3D打印流程克服鋁合金難以打印的問題。通過增材制造工藝與設(shè)計方式實現(xiàn)的天線重量降低2/3，對于星載應(yīng)用具有重要意義。

無論是已實現(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)用與其在實現(xiàn)衛(wèi)星組件輕量化以及實現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造方面的優(yōu)勢密切相關(guān)。隨著3D打印技術(shù)的應(yīng)用，衛(wèi)星輕量化已全面到來。通過3D打印技術(shù)實現(xiàn)衛(wèi)星輕量化的途徑包括制造傳統(tǒng)技術(shù)無法實現(xiàn)的復(fù)雜點陣輕量化結(jié)構(gòu)，以及制造功能集成一體化結(jié)構(gòu)。

在點陣輕量化衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的制造領(lǐng)域，我國走在了世界前列。2019年8月17日成功入軌的“千乘一號01星”衛(wèi)星的主結(jié)構(gòu)是目前國際首 個基于3D打印點陣材料的整星結(jié)構(gòu)，千乘一號小衛(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。

千乘一號整星結(jié)構(gòu)采用面向增材制造的輕量化三維點陣結(jié)構(gòu)設(shè)計方法進(jìn)行設(shè)計，整星結(jié)構(gòu)通過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)計及制備周期縮短至1個月。整星結(jié)構(gòu)尺寸超過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)。