3D-печать на службе космоса: НАСА испытало антенну, созданную на принтере

НАСА успешно завершило эксперимент с новой антенной, созданной методом трехмерной печати, которая должна помочь удешевить связь ученых с научными аппаратами. Испытания, прошедшие осенью 2024 года, показали: метод позволит быстро и экономично готовить оборудование для множества будущих космических миссий.

Идея принадлежит инженерам из подразделения Near Space Network. Разработав и собрав антенну, они сначала проверили ее взаимодействие со спутниками-ретрансляторами, а затем отправили в полет на метеорологическом шаре. В создании устройства объединили усилия две команды НАСА: специалисты программы научных аэростатов и инженеры программы космической связи и навигации SCaN.

Принцип трехмерной печати прост: принтер послойно наращивает объект из цифровой модели, используя жидкий материал, порошок или нить. Основой антенны стал особый керамический полимер с низким электрическим сопротивлением, чьи свойства можно гибко настраивать. Для печати проводящих элементов конструкции понадобилось несколько разных принтеров со специальными чернилами.

Особую роль в проекте сыграло оборудование компании Fortify. С его помощью инженеры получили небывалый контроль над электромагнитными и механическими свойствами материала — такого не позволяют добиться стандартные методы 3D-печати. Благодаря этому на создание антенны для воздушного шара ушло всего несколько часов с момента получения принтера.

Выбор пал на магнитоэлектрическую дипольную антенну — распространенное решение в радио- и телекоммуникациях. Ее конструкция с двумя полюсами обеспечивает излучение в форме бублика, что идеально подходит для поставленных задач.

Следующим этапом стали испытания в Центре космических полетов Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд. Антенну поместили в уникальную безэховую камеру — самое тихое помещение центра. Специальная защита не только не пропускает внутрь электромагнитные волны, но и подавляет их отражение внутри камеры, создавая условия, максимально приближенные к космическим.

Практикант НАСА Алекс Моричетт установил устройство на специальную мачту внутри камеры. Именно здесь разработчики смогли убедиться: оно полностью соответствует расчетным характеристикам и готово к реальным испытаниям в воздухе.

Финальную проверку провели в научном центре НАСА по запуску воздушных шаров в техасском городе Палестин. Инженеры тщательно изучили, как антенна взаимодействует со спутниками-ретрансляторами Near Space Network. Для этого ее работу сравнили со стандартной спутниковой системой связи, проверив обе антенны на разных углах и высотах. Такой подход позволил точно определить оптимальные условия для работы нового оборудования.

В ходе решающего этапа испытаний метеорологический шар поднял антенну на тридцатикилометровую высоту. Здесь инженеры проверили, как устройство справляется с экстремальными условиями стратосферы. После успешного завершения всех тестов шар вместе с оборудованием благополучно вернулся на землю.

Программа научных воздушных шаров НАСА, которой руководит центр в Уоллопсе, штат Вирджиния, уже несколько десятилетий помогает поднимать научное оборудование в атмосферу. Метеорологические шары несут на борту целый комплекс приборов, измеряющих давление, температуру, влажность, скорость и направление ветра, а собранные данные в реальном времени поступают на наземные станции.

Результаты эксперимента полностью оправдали ожидания команды: технология 3D-печати действительно позволяет быстро создавать прототипы и готовые устройства.

Специалисты агентства уверены: внедрение передовых технологий имеет решающее значение для будущего космической отрасли. Такой подход не только снижает затраты на существующие проекты, но и открывает путь к совершенно новым миссиям, которые раньше казались слишком сложными или дорогими.