انقلاب بزرگ در طراحی فضاپیما با فناوری الکترونیکی چاپی

به گزارش خبرنگار خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از اینترستینگ اینجیرینگ، مهندسان ناسا قصد دارند فناوری الکترونیک چاپی را در فضا آزمایش می‌کنند. این فناوری انقلابی در طراحی فضاپیماها، صرفه‌جویی در فضا و افزایش قابلیت‌های ارتباطی محسوب می‌شود و مرز‌های جدیدی را برای اکتشاف باز می‌کند.

در گستره وسیع فضا، مهندسان دائما مرز‌های نوآوری را به جلو می‌رانند تا کار‌های بیشتری با هزینه کمتر انجام دهند. فضاپیما‌های کوچک امروزی به سنسورها، سیستم‌های هدایت، کنترل و تجهیزات الکترونیکی عملیاتی مجهز هستند و از تمام فضای موجود استفاده بهینه می‌کنند. اما چه می‌شد اگر می‌توانستیم آن را یک قدم فراتر ببریم و شیوه ادغام الکترونیک در این فضاپیما‌ها را متحول کنیم؟

تحول در طراحی فضاپیماها برای ماموریت‌های آتی

به تازگی، بث پاکوته مهندس هوافضا و مارگارت ساموئلز، مهندس الکترونیک از مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا در گرینبلت مریلند، ماموریتی جسورانه را آغاز کرده‌اند. آن‌ها به دنبال اثبات آمادگی فضایی فناوری الکترونیک چاپی بودند، یک نوآوری در حال تغییر که می‌تواند نحوه طراحی و ساخت فضاپیما برای ماموریت‌های آینده را تغییر دهد.

این مفهوم ساده و در عین حال قدرتمند است. آن‌ها به جای ماژول‌های الکترونیکی مرسوم، مدار‌های چاپی هیبریدی توسعه دادند که می‌توانستند مستقیما روی ساختار فضاپیما ساخته شوند. این مدار‌ها به قدری نازک بودند که چشم انسان حتی نمی‌توانست وجود آن‌ها را تشخیص دهد و آثاری به اندازه ۳۰ میکرون، نیمی از عرض موی انسان را تشکیل می‌دادند. مزایای بالقوه این فناوری بسیار زیاد است، از ذخیره فضای ارزشمند برد گرفته تا افزایش کاربرد‌های آنتن و فرکانس رادیویی.

در ۲۵ آوریل، یک راکت صدادار از تاسیسات پرواز والوپز ناسا در ویرجینیا به آسمان پرواز کرد و محموله‌ای را حمل کرد که آزمایش الکترونیکی چاپ شده را در خود جای داده بود. حسگر‌های الکترونیکی دما و رطوبت روی محفظه بار راکت و دو پنل متصل به آن چاپ شدند. این سنسور‌ها در طول ماموریت موشک صوتی «ساب‌تک-۹» (SubTEC - ۹) با جدیت شرایط را زیرنظر داشتند و داده‌های حیاتی را جمع‌آوری کرده که به زمین ارسال می‌شد.

این تجربه موفق نتیجه یک تلاش مشترک بود. همکاران در مرکز پرواز فضایی مارشال ناسا در هانتسویل آلاباما جوهر سنجش رطوبت لازم برای سنسور‌های چاپ شده را توسعه دادند، در حالی که شرکای آزمایشگاه علوم فیزیکی دانشگاه مریلند (LPS) مسئول ایجاد مدار‌ها بودند.

الکترونیک چاپی؛ پایداری اتصالات و طراحی آنتن‌ها

به گفته برایان بنکس، مهندس الکترونیک فناوری هیبریدی اجازه می‌دهد مدار‌هایی ساخته شوند که معمولا برای ماژول‌های الکترونیکی معمولی در دسترس نیستند.

با توانایی چاپ روی سطوح خمیده و حتی گوشه‌ها، کاربرد‌های بالقوه این مدار‌ها بسیار زیاد است. به‌عنوان مثال، آن‌ها می‌توانند برای بار‌های فرعی کوچک و قابل گسترش که در آن‌ها فضا در یک برتری مطلق است، ارزشمند باشند.

مفاهیم الکترونیک چاپی فراتر از حسگر‌ها است که منجر به بهبود در قابلیت پیش‌بینی، پایداری اتصالات و طراحی آنتن‌ها می‌شود. به طور سنتی، اتصالات آنتن از طریق فرایندی به نام اتصال سیمی انجام می‌شد که می‌توانست آشفته و غیردقیق باشد.

با این حال، با وسایل الکترونیکی چاپ شده، آنتن می‌تواند به طور مستقیم بر روی سطوح خمیده، مانند نمای بیرونی موشک یا فضاپیما چاپ شود. این امر زوایای ارسال و دریافت سیگنال‌ها را افزایش می‌دهد و قابلیت‌های ارتباطی در فضا را به طور قابل توجهی بهبود می‌بخشد.

اضافه کردن قابلیت‌های جدید به فضاپیماها با هوش مصنوعی

علاوه بر این، ماموریت‌های آینده می‌تواند از چاپ حسگر‌های دما در سراسر سطوح داخلی فضاپیما‌ها بهره ببرند. با سرمایه‌گذاری روی این فناوری درک بهتری از چگونگی تاثیر گرمایش و سرمایش بر کل فضاپیما در برخورد‌های نزدیک با منابع گرمایی شدید مانند خورشید حاصل می‌شود.

کار‌های پیشگامانه این تیم در زمینه الکترونیک چاپی مورد توجه قرار نگرفته است. مهندس رایان مک کللند از مرکز پرواز‌های فضایی گودارد ناسا آینده‌ای را پیش‌بینی می‌کند که در آن می‌توان از الکترونیک چاپی برای اضافه کردن قابلیت‌های جدید به قطعات فضاپیما با هوش مصنوعی بهره گرفت که با نام سازه‌های تکامل یافته شناخته می‌شوند. این قطعات می‌توانند به صورت سه بعدی چاپ یا حتی در فضا تولید شوند و مرز‌های اکتشافات فضایی را فراتر ببرند.

با پرتاب موشک ساب‌تک-۹، تیم مطالعاتی مشتاقانه منتظر نتیجه بودند. موفقیت این ماموریت، دوام حسگر‌های چاپ شده آن‌ها را ثابت خواهد کرد و راه را برای طراحی فضاپیما‌های انعطاف‌پذیرتر و کارآمدتر هموار خواهد کرد.

به گفته مارگارت ساموئلز ما واقعا نگران این نتیجه هستیم که این آزمایش موشکی سنسور‌های چاپ شده ما را ثابت خواهد کرد.