Revolusioner 20-gram Boom mendefinisikan kembali struktur ruang yang ringan
Para peneliti telah menciptakan booming 20 gram yang dapat dikeluarkan sendiri yang terintegrasi dengan elektronik fleksibel untuk digunakan di CubeSats. Boom, terbuat dari komposit serat karbon tipis, fitur sensor dan LED yang menanggung kondisi keras ruang dan membantu dalam pemantauan dan visualisasi penyebaran.
Desain ringan sangat penting untuk struktur ruang, terutama untuk alat yang digunakan pada satelit yang ringkas dan ringan. Multifungsi adalah keuntungan tambahan. Mengatasi persyaratan ini dengan cara yang baru, para peneliti di University of Illinois Urbana-Champaign telah berhasil menggabungkan elektronik fleksibel dengan ledakan tiga ply, yang dapat dioperasikan sendiri yang beratnya hanya 20 gram.
“Sulit untuk mendapatkan elektronik komersial yang diintegrasikan ke dalam struktur super tipis ini,” kata Xin Ning, seorang profesor kedirgantaraan di Grainger College of Engineering di U. of I. “Ada banyak kendala teknik yang menambah tantangan membuat elektronik mampu menahan lingkungan ruang yang keras. “
Kolaborasi memicu inovasi
Ning mengatakan konsep untuk pekerjaan itu dimulai pada sebuah konferensi sekitar dua tahun yang lalu. Dia mempresentasikan keahlian uniknya dalam membuat struktur ruang multifungsi yang mengintegrasikan elektronik yang ringan dan fleksibel.
“Itu mendapat perhatian dari Juan Fernandez NASA Pusat Penelitian Langley. Dia membuat struktur boom untuk proyek Virginia Tech Cubesat dan melihat kesempatan untuk berkolaborasi dan menambahkan perangkat multi-fungsional ke struktur, bukan hanya struktur murni, ”kata Ning.
Pada akhirnya, ledakan yang mengandung elektronik dibuat di Pusat Penelitian NASA Langley, kata Ning. Ini adalah serat karbon tiga lapis dan bahan komposit epoksi yang dirancang untuk menjadi sangat tipis-sekitar setebal selembar kertas. Itu digulung seperti pita pengukur dengan energi tersimpan di gulungannya sampai terbentang sendirian di ruang angkasa.
Tantangan dan solusi praktis
“Virginia Tech memiliki persyaratan khusus untuk kami ikuti, beberapa yang menciptakan tantangan,” kata Ning. “Salah satunya adalah panjangnya. Mereka ingin memiliki daya dan saluran data dengan panjang satu meter yang tertanam dalam bahan komposit tipis kertas. Kami mencoba berbagai bahan dan teknologi yang berbeda.
“Akhirnya, kami menggunakan kabel komersial tipis yang dilapisi dengan isolasi dan berhasil. Saya pikir kami terlalu memikirkannya di awal. Kami mencoba lebih banyak pendekatan yang lebih sulit dan lebih sulit, tetapi mereka gagal. Ini adalah solusi sederhana dan andal menggunakan kabel yang tersedia, tersedia. ”
Komponen kunci lainnya adalah tambalan elektronik yang ringan dan fleksibel dengan sensor gerak, sensor suhu, dan LED biru, semuanya dipasang di ujung boom. Ning menjelaskan bahwa elektronik perlu menanggung kondisi ruang termal-vakum yang keras sambil tetap cukup fleksibel untuk menahan pembatuan boom yang tiba-tiba. Sensor gerak memantau penyebaran dan getaran boom, dan LED biru membantu kamera Cubesat dalam melihat struktur di ruang angkasa yang pernah digunakan.
Tim Ning melakukan eksperimen dan simulasi di lapangan yang komprehensif untuk mengeksplorasi mekanisme ledakan bistable dengan elektronik yang fleksibel, serta perilaku penyebaran dan getarannya. Ning mengatakan bahwa studi mendasar ini dapat menawarkan wawasan yang berharga untuk desain struktur ruang multifungsi di masa depan.
Virginia Tech tiga unit Cubesat dengan ledakan multifungsi bertujuan untuk diluncurkan pada tahun 2025.
“Kami juga berupaya membuat elektronik fleksibel lebih tahan lama di ruang angkasa – untuk melindungi elektronik sehingga mereka akan beroperasi lebih lama di lingkungan luar angkasa.”
Referensi: “Boom komposit ultrathin bistable multifungsi dengan elektronik fleksibel” oleh Yao Yao, Juan M. Fernandez, Sven G. Bilén dan Xin Ning, 18 Oktober 2024, Surat Mekanika Ekstrim.
Doi: 10.1016/j.eml.2024.102247
