نخستین سازه چاپ سه‌بعدی در فضا ساخته شد

شرکت آلمانی اوربیتال مَتر (Orbital Matter) با استفاده از یک ماهواره، موفق شد نخستین تیرک سازه‌ای صلب را در فضای آزاد و در مدار زمین با فناوری چاپ سه‌بعدی تولید کند.

این تیرک از ماده پلاستیکی اختصاصی ساخته شده و نیم‌متر طول دارد. مدیران شرکت این دستاورد را نخستین نمونه از ساخت یک سازه صلب توسط فضاپیمایی مستقل در مدار می‌دانند؛ پیشرفتی که می‌تواند مسیر ساخت سازه‌های بزرگ در فضا را هموار کند.

ماهواره کوچک رپلیکیتور ۲ متعلق به این شرکت، تابستان امسال در قالب مأموریت اشتراکی اسپیس‌ایکس به فضا پرتاب شد. چهار چاپگر سه‌بعدی نیز در این ماهواره قرار داشتند. هر چاپگر با بیرون‌راندن رشته‌های رزین و تاباندن نور فرابنفش برای سخت‌شدن آن‌ها، قادر به تولید تیرک‌های استوانه‌ای و مستحکم است. شرکت برای توضیح این فرایند، عملکرد مواد مورد استفاده را به ترکیب سیمان و آب تشبیه می‌کند.

اهمیت این فناوری به نیاز فضاپیماهای آینده به ابعاد بزرگ‌تر بازمی‌گردد؛ زیرا آن‌ها برای تولید انرژی الکتریکی بیشتر و دفع حرارت در خلأ فضا، به سازه‌های گسترده‌تری احتیاج دارند. این موضوع به‌ویژه برای ماهواره‌هایی اهمیت دارد که قرار است به‌عنوان مراکز داده مداری فعالیت کنند. با وجود این نیاز، فضاپیماها هنگام پرتاب همچنان باید در فضای محدود محفظه بالایی موشک جای بگیرند. امکان ساخت سازه‌های موردنیاز پس از رسیدن به مدار می‌تواند بخش زیادی از مشکلات مربوط به تأمین انرژی و دفع گرما را برطرف کند.

یاکوب استویِک، مدیرعامل و هم‌بنیان‌گذار اوربیتال، درباره اهمیت این موفقیت گفت

رپلیکیتور ۲ نخستین مدرکی است که نشان می‌دهد می‌توانیم سازه آرایه‌ای را مستقیماً در فضا و متناسب با ابعاد موردنیاز هر مأموریت بسازیم.

این شرکت با آژانس فضایی اروپا و تالس آلنیا، یکی از سازندگان مطرح ماهواره در اروپا، همکاری دارد. تالس آلنیا در توسعه ماهواره رپلیکیتور ۲ نیز با اوربیتال مشارکت داشته است.

ساخت سازه‌های بزرگ در فضا با چاپ سه‌بعدی

در حال حاضر، بسیاری از سازه‌های بزرگ فضایی با روش‌های الهام‌گرفته از هنر اوریگامی طراحی می‌شوند. آرایه‌های خورشیدی بزرگ و آینه‌های تلسکوپ‌ها هنگام پرتاب تا می‌شوند و پس از رسیدن به مدار، دوباره گسترش پیدا می‌کنند. این روش از نظر مهندسی پیچیدگی‌های زیادی دارد؛ به همین دلیل، ایده تولید و مونتاژ مستقیم چنین سازه‌هایی در فضا جذابیت فراوانی پیدا کرده است.

ناسا نیز از چند پروژه مرتبط با این فناوری حمایت کرده است. یکی از مهم‌ترین نمونه‌ها، مأموریتی با همکاری شرکت رِدوایر در سال ۲۰۲۳ بود که طی آن تیرک‌های سازه‌ای با چاپ سه‌بعدی در یک محفظه خلأ تولید شدند؛ اما این پروژه هرگز به مرحله پرتاب نرسید.

دو چاپگر سه‌بعدی اوربیتال برای گسترش یک آرایه خورشیدی انعطاف‌پذیر طراحی شده بودند، اما بروز یک اختلال باعث از کار افتادن یکی از آن‌ها شد. با وجود این مشکل، تیرک تولیدشده توانست آرایه خورشیدی را با موفقیت باز کند و عملکرد آن به‌عنوان یک آزمایش اثبات مفهوم اهمیت زیادی داشت.

تلاش‌های قبلی برای چاپ سه‌بعدی در شرایط ریزگرانش عمدتاً به محیط تحت فشار داخل ایستگاه فضایی بین‌المللی محدود می‌شدند و نمونه‌ای از تولید مستقیم سازه در خلأ فضای آزاد به شمار نمی‌رفتند.

رابرت ایناتیسین، مدیر فناوری اوربیتال، درباره دلیل استفاده از چندین چاپگر در یک ماهواره به تک‌کرانچ گفت

به همین دلیل تصمیم گرفتیم تعداد زیادی چاپگر را روی یک ماهواره قرار دهیم. ترجیح دادیم در مدار تجربه کسب کنیم و در صورت نیاز نرم‌افزار را تغییر دهیم، به‌جای آنکه سال‌ها وقت خود را صرف آزمایش تمام حالت‌های ممکن روی زمین کنیم.

برنامه اوربیتال برای ساخت سازه‌های ۱۰۰ متری

طول تیرک تولیدشده در مأموریت فعلی به میزان رزین قابل‌حمل در ماهواره محدود می‌شود. با این حال، مهندسان شرکت معتقدند تولید تیرک‌هایی با طول ۱۰۰ متر نیز امکان‌پذیر خواهد بود.

برای مقایسه، ماهواره‌های استارلینک وی۲ شرکت اسپیس‌ایکس که از قدرتمندترین ماهواره‌های تولیدانبوه در مدار زمین محسوب می‌شوند، از آرایه‌های خورشیدی با طول ۲۰ متر استفاده می‌کنند.

اوربیتال در سال ۲۰۲۲ توسط رابرت ایناتیسین و یاکوب استویک تأسیس شد. ایناتیسین پیش از راه‌اندازی شرکت، در مجموعه فرم‌لبز که در حوزه چاپ سه‌بعدی فعالیت دارد، مشغول به کار بود. این استارتاپ تاکنون موفق به جذب سرمایه اولیه ۳ میلیون دلاری شده است.

اوربیتال اکنون روی یک مأموریت آزمایشی دیگر کار می‌کند که پرتاب آن برای سال ۲۰۲۸ برنامه‌ریزی شده است. در این پروژه، نسخه بزرگ‌تری از چاپگر سه‌بعدی روی ماهواره‌ای بزرگ‌تر آزمایش خواهد شد. هدف شرکت، گسترش یک آرایه خورشیدی با توان تولید ۵ کیلووات برق است.

این مأموریت به‌عنوان گامی مقدماتی برای توسعه سازه‌های بزرگ‌تر در نظر گرفته شده و شرکت امیدوار است تا سال ۲۰۳۰ به ساخت آرایه‌هایی با توان بیش از ۱۰۰ کیلووات برای هر بال دست پیدا کند.

این شرکت همچنین با سازندگان ماهواره همکاری دارد تا سامانه استقرار مبتنی بر چاپگر خود با نام پَدز (PADS) را در فضاپیماهای آینده به کار بگیرد. این فناوری می‌تواند برای گسترش پنل‌های خورشیدی، آنتن‌ها و سایر تجهیزات موردنیاز ماهواره‌ها استفاده شود.

برای ارزیابی پایداری، امنیت و نگهداری این زیرساخت، راهنمای پشتیبانی شبکه را نیز مطالعه کنید.