3D 프린팅 위성의 티핑 포인트 도달

3D 프린팅 위성

적층 제조의 발전 속에서 선상 위성에 3D 인쇄 부품의 수가 증가하고 있습니다. 위성 상점은 비용을 절감하고 점점 더 유능한 우주선의 생산을 가속화하는 기술을 수용하고 있습니다. 발전은 위성이 궤도에 부품을 인쇄 할 수있는 미래에 길을 포장하고있다. 그러나 업계는 전체 위성을 3D 프린팅에 얼마나 가깝습니까?

위성의 부품 수는 크기와 복잡성에 따라 크게 다르며 간단한 기초 구조에서 복잡한 반도체에 이르기까지 다양하기 때문에 까다로운 질문입니다.

“Cubesat 부품은 수백 개의 구성 요소에 숫자가 될 수 있지만 대형 위성은 수만 개에서 수십만 까지 다양할 수 있습니다”라고 적층 제조 전문가 Swissto12의 CEO 인 Emile de Rijk는 말했습니다.

그러나 불과 5 년 전, “3D 인쇄 된 구조물의 사용은 주로 건강한 위험 식욕을 가진 임무와 페이로드에서 비행되는 거의 부분으로 실험적이었다”고 드 레이크는 말합니다.

지금, 오늘날 지어진 거의 모든 위성은 적어도 일부 3D 인쇄 부품을 가지고, 그는 말한다, 대부분의 여전히 함께 우주선의 구조를 유지하기위한 상대적으로 간단한 기계 브래킷 시스템이지만.

2018년에 발사된 Hispasat 30W-6 위성용 안테나 타워는 200개 이상의 가산품으로 제조된 부품으로 구성되었습니다. 신용: 맥사 테크놀로지스

Maxar Technologies의 경우, 첨가제 제조 된 구성 요소는 2020 년에 일반적인 우주선의 구성 요소의 약 3 분의 1을 차지하는 모든 위성에 대한 표준이되었습니다.

Maxar가 위성에 사용한 최초의 3D 프린팅 금속 부품은 티타늄 합금으로 만들어졌으며 2016년에 일본 스카이 퍼펙트 JSAT를 위해 제작된 통신 위성인 JCSAT-15에 발사되었습니다. Maxar는 그 이후 발사된 20개 이상의 위성에 알루미늄, 티타늄 및 플라스틱으로 첨가하여 제조된 부품을 궤도에 있는 5,800개 이상의 부품을 사용했습니다.

“Maxar는 일정 민첩성을 개선하고 비용을 절감하며 성능을 향상시키기 때문에 공간 제조를 위해 3D 프린팅을 사용합니다.”

“질량, 하드웨어 수 및 전반적인 구성 요소 복잡성을 줄이는 데 여러 가지 용도로 사용되는 3D 인쇄 구성 요소를 제조하는 데는 인력이 적고 비용이 적게 듭니다.”

보잉 디펜스, 스페이스 앤 시큐리티의 적층 제조 수석 엔지니어인 리치 애스턴(Rich Aston)은 회사가 고성능 열교환기, 메커니즘, 구조물 및 패시브 마이크로파 장치를 포함한 우주선 및 발사 차량 영역에 적층 제조 기술을 적용했다고 밝혔다.

3D 프린팅은 보잉이 “기술 관점에서 가능한 것의 한계를 뛰어넘고, 새로운 설계를 만들고, 빠르게 프로토타이핑, 테스트, 그리고 그것이 의미가 있는 곳에 새로운 기술을 배포하는 데 도움이 된다”고 Aston은 말했습니다.

보잉은 특히 밀레니엄 스페이스 시스템 자회사가 소규모 시장에 초점을 맞춘 역량을 키우고자 하며, 3D 프린팅은 그 어느 때보다 빠른 궤도에 시스템을 배치하는 데 특히 적합하다는 것을 증명하고 있습니다.

소규모 기업의 경우 Aston은 “3D 프인쇄 버스가 생산시 훨씬 더 빠른 사이클 시간을 제공하며 기존 버스 구조보다 약 30% 저렴하다는 것을 입증했다”고 밝혔습니다.

다음 단계

기계 브래킷과 같은 간단한 구조를 3D 프린팅 열 관리, 무선 주파수(RF) 및 위성의 기타 복잡한 구성 요소에 이르기까지 “매우 큰 단계”가 있다고 드 레이크는 말했다.

예를 들어, 반도체 산업은 현대 기술을 뒷받침하는 점점 더 강력한 칩을 소형화하기 위해 지난 40년 동안 수백억 달러를 투자해 왔습니다.

최첨단 반도체 매장은 이제 포토리소그래피 공정을 통해 5나노미터 정확도로 칩을 생산할 수 있으며, Swissto12 최고 성장 책임자 피터 구겐바흐는 “3D 프린팅은 완전히 다른 세계에서 작동한다”고 지적했다.

선택적 레이저 용융 기술을 사용하는 고급 3D 프린팅 기계는 50 마이크로미터 정밀 범위에 있으며, 구겐바흐는 최고의 칩 메이커보다 10,000배 덜 정확하다고 말했습니다.

노던 스카이 리서치 분석가 댈러스 카사보스키에 따르면 위성 표준화의 부재는 3D 프린팅이 제공하는 규모의 이점의 경제를 제공하는 데 걸림돌이 되기도 합니다.” 그것은, 지금은, 주로 작은 위성에 대 한 추세, 더 큰 것 들 다른 요구 사항을 가지고, 그리고 그것은 3D 인쇄 로켓 엔진 처럼, 아마 매우 간단 (읽기: 반복) 위성은 아직이에서 크게 혜택을 받을 수 있는 수준에서 표준화 되지 않은 동안,” Kasaboski 이메일을 통해 말했다.

“그러나 제조 공정을 간소화하기 위한 작업이 계속되고 있으므로 앞으로 더 많은 하드웨어가 3D 인쇄될 수 있습니다.”

더 많은 장벽

소규모 제조업체의 경우에도 3D 프린터로 부품을 생산하면 인적 작업자의 상당한 개입을 요구할 수 있으며 비용을 절감하기보다는 비용이 증가할 수 있습니다.

회사의 최고 기술 책임자인 에르네라스 칼라버타스(Ernestas Kalabuckas)에 따르면 소규모 전문 업체인 NanoAvionics는 주로 테스트 및 프로토타이핑을 위해 3D 프린팅을 사용합니다.

회사의 유산 위성 버스의 일부는 3D 인쇄되어 있지만, 칼라버카스는 말했다, “그들은 여전히 전체 건축의 작은 부분을 형성한다.”

가장 큰 장애물은 비용입니다, 그는 말했다, 개선에도 불구하고, 3D 인쇄 금속 부품은 대규모로 수행하지 않는 한 엄청나게 비싸기 때문에.

“이를 달성하기 위해, 우리는 많은 동일한 부품과 이미 3D 프린팅에 최적화 된 위성 디자인 / 아키텍처와 각각 100 개의 위성의 최소와 더 큰 별자리를 보고있을 것입니다,”그는 이메일을 통해 말했다.

비행 유산은 적층 제조로 전환하려면 우주 자격을 갖춘 부품을 재설계한 다음 궤도에서 테스트한 다음 더 넓은 용도로 사용하기 전에 테스트해야 하기 때문에 또 다른 주요 장애물이 됩니다.

“관련된 위험, 시간 및 비용은 3D 프린팅으로의 빠른 전환을 정당화하지 않습니다, 아직,”칼라버타스는 말했다.

“그러나 당분간 위성 제조에 대한 막대한 비용 절감은 아니지만 향후 5-10년 동안 변경될 수 있으므로 이 지역을 모색하고 있습니다.”

3D 인쇄 된 모든 금속 패치 안테나. 신용: Swissto12

봉투 밀어

Swissto12는 작년에 호주 스타트업 플릿 스페이스 테크놀로지스가 소규모 를 위한 최초의 금속 3D 인쇄 패치 안테나라고 말하는 것을 전달하는 데 도움을 주었습니다.

켄타우리 4, 6 월에 낮은 지구 궤도에 발사 후 함대 공간의 별자리에 여섯 번째이자 최신 위성, 이러한 안테나 의 네 가지가 있습니다.

지상파 네트워크의 손이 닿지 않는 지역에서 장치를 연결하기 위해 위성을 사용하는 Fleet Space에 따르면 3D 인쇄 안테나는 우주선 킬로그램당 10배 더 많은 것을 얻을 수 있게 되었습니다.

12 월, 시리즈 B 투자 라운드에서 2,600 만 달러 이상을 모금 한 직후, 스타트업은 3D 프린팅을 통해 완전히 생성 된 첫 번째 위성을 포함 할 것이라고 말하는 2 세대 별자리에 대한 계획을 발표했다.

알파라고 불리는 이 업그레이드된 별자리의 첫 번째 소형 위성은 현재 궤도에 있는 6개의 Centauri 큐브사츠에 합류하기 위해 12개월 만에 발사할 준비를 하는 것을 목표로 합니다.

“알파는 앞으로 중요한 단계를 대표하고 위성이 3D 프린팅을 통해 완전히 생성 된 처음,”함대 공간 공동 설립자 이자 CEO 플라비아 타타 나르디니는 발표의 일환으로 성명에서 말했다.

이 계획은 3D 프린팅이 현재 생산할 수 있는 것을 감안할 때 우주 산업에서 회의론을 불러 일으켰습니다.

Swissto12의 Guggenbach는 “강력한 반도체가 향후 몇 년 동안 3D를 인쇄할 가능성은 매우 낮기 때문에 위성은 항상 3D가 아닌 부품을 인쇄할 수 있을 것”이라고 말했다.

그러나 사우스 오스트레일리아 지방 정부로부터 약 1,400만 달러의 투자를 통해 Fleet Space는 애들레이드에 최초의 전용 우주 제조 허브를 조성하여 위업을 달성할 것이라고 밝혔습니다.

나르디니는 스페이스 뉴스에 이 공장에 대담한 별자리 야망을 위해 수백만 달러규모의 3D 프린팅 머신이 포함될 것이라고 말했다.

“우리는 다른 어떤 것보다 3D 인쇄에 실제로 훨씬 더 복잡한 RF 요소 (안테나 등)에 초점을 맞추기 시작했고 이제 는 그들에 대한 특허를 가지고 있습니다”라고 LinkedIn 메시지를 통해 그녀는 말했습니다.

“그런 다음 구조, 디플렉서로 이동했으며 이제 전체 전자 장치 요소로 이동하고 있습니다.”

알파 위성에서 계획된 반도체는 현재 더 넓은 시장에서 가장 작은 칩으로 “그렇게 복잡하지 않다”고 그녀는 말했다, 그러나 “실제로 우리는 미래를 위해 좀 더 강력한 칩을 계획하고있다.”

각 알파 위성은 최대있을 것이다 64 3D 인쇄 안테나, 함대 공간의 12 월 3 발표에 따르면, 이는 이 제공 할 수 있게 16 가장 최근의 Centauri 위성보다 성능증가 뿐만 아니라 4 배 무거운 동안.

험나는 길

3D 인쇄 고성능 위성전체를 지워야 하는 기술적 장애물은 상당한 규모의 새로운 적층 제조 공정이 필요합니다.

노던 스카이 리서치의 카사보스키는 현재산업용 3D 프린팅을 한 번에 텍스트 라인을 인쇄하는 1990년대 시대의 프린터에 비유했습니다.

“또는, 케이크에 프로스팅레이어를 추가하는 것과 같은 또 다른 은유를 사용하죠.” 그는 말했다. “재료는 프린터에서 처리되며 앞뒤로 스트립에 배치됩니다. 다른 방법은 존재하지만, 그들은 비슷한 결론에 해당합니다.

“따라서 구조, 독특한 모양, 금형 및 모델을 인쇄할 수 있지만 일반적으로 작업 ‘사물’을 인쇄할 수 없습니다. 특수 재료를 사용하는 경우 전기또는 자기 전도성 또는 무언가를 인쇄할 수 있지만 작동하는 태양광 셀인쇄와는 크게 다릅니다.”

그러나 언젠가 궤도에 인공위성을 자율적으로 구축할 수 있다는 매력은 가능한 것의 한계를 뛰어넘려는 사람들을 위해 투자를 계속 유치할 것입니다.

지구상에서 제조업체는 중력 으로 인해 그 위에 물질을 겹쳐서 겹쳐서 있습니다. 우주에서 위성은 잠재적으로 내부에서 밖으로 구축 될 수있다, 재료의 처음 몇 방울은 바로 중앙에 회전하는 동안 바깥쪽으로 확장.

“이론적으로는 매우 흥미로울 수 있지만 응용 프로그램의 관점에서 는 아직 많은 강력한 사용 사례가 없었습니다.”

“또한, 이 기술은 궤도에서는 물론 지상에서 완전히 표준화되고 입증되지 않았습니다.”

이 문서는 원래 스페이스 뉴스 잡지의 2022 년 1 월 호에 등장.

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