شرکت استارتاپی آلمانی Orbital Matter موفق شد با استفاده از ماهواره‌ای به نام Replicator 2، اولین ستون سفت و سخت را در خلاء فضا به روش چاپ سه‌بعدی تولید کند. این دستاورد که به طول نیم‌متر با پلاستیک سفارشی ساخته شده، اولین بار است که یک فضاپیما در حال پرواز آزاد در مدار، چنین سازه‌ای را در فضاساز می‌کند. این پیشرفت، قدمی محکم به سمت امکان‌پذیر شدن ساختن سازه‌های حجیم در فضا است.
فناوری چاپ سه‌بعدی در مدار زمین؛ چگونه کار می‌کند؟
ماهواره Replicator 2 که امسال در مأموریت مشترک اسپیس‌اکس (SpaceX) پرتاب شد، چهار دستگاه چاپگر سه‌بعدی در خود جای داده است. هر یک از این دستگاه‌ها قادر به ساخت ستون‌های استوانه‌ای سفت‌وسخت از طریق اکسترود کردن کویل‌های رزین هستند که سپس با نور فرابنفش تثبیت می‌شوند. این فرآیند را می‌توان به مشابهت سیمان و آب در ساختن مصالح ساختمانی قیاس کرد.
این فناوری از آن حیث اهمیت دارد که فضاپیماهای آینده نیازمند ابعاد بزرگ‌تری برای تولید برق بیشتر و پرتاب گرما به خلاء فضا هستند؛ به‌ویژه اگر قرار باشد به عنوان دیتاسنترهای مداری عمل کنند. اما از سوی دیگر، باید در فضاهای تنگ و خاص بدنه موشک‌های پرتاب‌کننده جا شوند. اگر فضاپیماها بتوانند سازه‌های خود را در مدار بسازند، حل چالش‌های مرتبط با برق و پخش گرما بسیار ساده‌تر خواهد شد.
چرا سازه‌های تاشو دیگر کافی نیستند؟
سازه‌های بزرگ فعلی در فضا شبیه به کاغذواشکالو هستند؛ آرایه‌های خورشیدی بزرگ یا آینه‌های تلسکوپ تا می‌شوند و پس از رسیدن به مدار باز می‌شوند. این فرآیند یک پروژه مهندسی پیچیده و پرریسک است. بنابراین، ایده ساخت و مونتاژ این سازه‌ها مستقیماً در فضا بسیار جذاب‌تر به نظر می‌رسد. ناسا (NASA) در سال ۲۰۲۳ از مأموریتی با شرکت Redwire حمایت کرد که در آن ستون‌های ساختاری در یک اتاق خلاء چاپ شد، اما این مأموریت هرگز از مرحله زمین فراتر نرفت. در مقابل، تلاش‌های قبلی چاپ سه‌بعدی در مایکروگریتی محدود به محیط هوای فشرده ایستگاه فضایی بین‌المللی بود.
- اثبات مفهوم در مدار: جاکوب استوئک، مدیرعامل Orbital Matter، می‌گوید: «Replicator 2 اولین اثبات است که می‌توانیم آرایه را در فضا و با هر اندازه‌ای که مأموریت نیاز دارد، بسازیم.»
- همکاری‌های کلیدی: این شرکت با آژانس فضایی اروپا (ESA) و تالز النیا (Thales Alenia)، سازنده پیشرو ماهواره در اروپا، در حال همکاری است.
چالش‌ها و موفقیت‌های مأموریت Replicator 2
دو از چهار چاپگر روی این ماهواره برای استقرار یک آرایه خورشیدی انعطاف‌پذیر طراحی شده بودند. با وجود یک اختلال که باعث خرابی یکی از چاپگرها شد، ستونی که تولید شده بود به‌طور موفقیت‌آمیز آرایه خورشیدی را باز کرد. این اتفاق، یک اثبات مفهومی حیاتی محسوب می‌شود.
«به همین دلیل است که ما این تعداد چاپگر را روی یک ماهواره قرار دادیم. ما ترجیح دادیم در مدار درس بگیریم و نرم‌افزار را در صورت نیاز تطبیق دهیم، به جای اینکه سال‌ها وقت را برای آزمایش همه احتمالات روی زمین هدر دهیم.»
— رابرت اُهناتسین، مدیر فنی Orbital Matter
طول ستون‌ها با مقدار رزین موجود روی ماهواره محدود می‌شود، اما مهندسان شرکت معتقدند ساخت ستون‌های ۱۰۰ متری قابل اجراست. برای مقایسه، ماهواره‌های Starlink V2 از اسپیس‌اکس که از قدرتمندترین ماهواره‌های انبوه در مدار هستند، از آرایه‌های خورشیدی ۲۰ متری استفاده می‌کنند.
افق‌های آینده و اهداف ده ساله
Orbital Matter که در سال ۲۰۲۲ تأسیس شد و ۳ میلیون دلار سرمایه اولیه جذب کرده، اکنون روی مأموریت نمایشی دیگری کار می‌کند که برای سال ۲۰۲۸ برنامه‌ریزی شده است. این مأموریت نسخه بزرگ‌تری از چاپگر را روی یک ماهواره بزرگ‌تر آزمایش خواهد کرد که امیدوارند بتواند آرایه خورشیدی‌ای با تولید ۵ کیلووات برق بسازد. این مرحله، یک «پله» برای استقرارهای بزرگ‌تر با توان ۱۰۰ کیلووات به ازای هر بال در سال ۲۰۳۰ خواهد بود.
علاوه بر این، شرکت در حال همکاری با سازندگان ماهواره است تا سیستم PADS (Printer-Assisted Deployment System) آن‌ها را به فضاپیماهایشان راه‌اندازی کنند تا پنل‌های خورشیدی، آنتن‌ها و سایر اجزا را گسترش دهند. این تحولات می‌توانند آینده معماری فضایی را برای همیشه متحول کنند.
نظر، سوال یا تجربه خود را درباره این مطلب با سایر کاربران اوکالا به اشتراک بگذارید.