Na podzim roku 2024 se expertům z NASA podařilo vyvinout a otestovat 3D tištěnou anténu, na které chtěli demonstrovat nízkonákladové možnosti přenosu vědeckých dat na Zemi. Anténa, která byla otestována na atmosférickém meteobalónu, by mohla otevřít dveře 3D tisku, který by se mohl stát cenově efektivním vývojovým řešením pro stále se zvyšující počet vědeckých a průzkumných misí. Pro demonstraci této technologie se inženýři z projektu sítě Near Space Network pustili do návrhu, stavby a zkoušek. Ty se nejprve zaměřily na spolupráci antény s přenosovými družicemi a poté došlo na zmíněný let na meteobalónu.
Proces 3D tisku, známý též jako aditivní výroba, vytváří fyzické objekty z digitálního modelu tím, že na sebe postupně přidává jednotlivé vrstvy materiálu, který bývá většinou kapalný, práškový, či ve formě teplem změkčeného vlákna. Většinu objemu 3D tištěné antény tvořil polymerní materiál s přídavkem keramiky s nízkým elektrickým odporem, jehož složení bylo možné ladit podle potřeby.
Zdroj: https://www.nasa.gov/
S využitím 3D tiskárny od firmy Fortify měl tým plnou kontrolu nad mnoha elektromagnetickými a mechanickými vlastnostmi, které standardní procesy 3D tisku nenabízejí. Jakmile si NASA tuto tiskárnu pořídila, tak tato technologie umožnila týmu během pár hodin navrhnout a vytisknout anténu pro zkoušky na balónu. Pro tuto technologickou demonstraci tým navrhl a postavil 3D tištěnou magneto-elektrickou dipólovou anténu, kterou poté otestoval na meteobalónu. Dipólové antény se běžně využívají v rádiové komunikaci i telekomunikaci. Tato anténa má dva „póly“ a vytváří vyzařovací vzory s tvarem podobným koblize.
Anténa byla výsledkem spolupráce expertů z programu pro vědecké využití atmosférických balónů a programu SCaN, který se zaměřuje na kosmickou komunikaci a navigaci. Anténa vznikla za účelem ukázky možností nízkonákladového návrhu a výroby. Po samotném vytištění byla anténa sestavena a otestována na Goddardově středisku v Marylandském Greenbeltu v tamní elektromagnetické bezodrazové komoře. Jde o nejtišší místnost celého střediska – odstíněný prostor navržený a postavený tak, aby jednak odolával rušivým elektromagnetickým vlnám a také potlačoval jejich vyzařování do vnějšího světa. Tato komora eliminuje ozvěny a odrazy elektromagnetických vln, čímž simuluje relativní „ticho“ kosmického prostředí.
V rámci přípravy na zkoušky, byla anténa posazena na stožár v bezodrazové komoře. Tým zodpovědný za vývoj antény využil komoru k otestování jejích vlastností v prostředí podobném kosmickému prostoru a ověření, že funguje, jak má. Po dokončení testu provedli inženýři NASA závěrečný test na Columbia Scientific Balloon Facility v texaském městě Palestine. Tým koordinoval spojení s flotilou přenosové sítě Near Space Network, aby otestoval schopnost 3D tištěné antény vysílat a přijímat data. Tým sledoval výkon vysíláním signálů do a z antény vytištěné na 3D tiskárně a plánovaného komunikačního systému balonu, standardní satelitní antény. Obě antény byly testovány v různých úhlech a výškách. Porovnáním antény vytištěné na 3D tiskárně se standardní anténou stanovili výchozí hodnotu pro optimální výkon. Při letu bylo chování balónu a 3D tištěné antény sledováno až do výšky 30,5 kilometru a poté byly úspěšně nalezeny.
Scientific Balloon Program od NASA, který řídí středisko NASA Wallops Flight Facility ve Virginii, již desítky let využívá balóny k vynášení vědeckého nákladu do atmosféry. Meteorologické balóny nesou přístroje, které měří atmosférický tlak, teplotu, vlhkost, rychlost a směr větru. Získané informace se přenášejí zpět na pozemní stanici, kde se využívají pro jednotlivé mise. Tato demonstrace odhalila výsledky, které tým očekával. Díky rychlému prototypování a produkčním možnostem technologie 3D tisku může NASA vytvářet vysoce výkonné komunikační antény šité přesně na míru specifikacím jednotlivých misí rychleji, než to bylo možné dříve. Implementace těchto moderních technologických novinek je klíčová pro NASA nejen kvůli snížení nákladů, ale také kvůli umožnění budoucích misí.
Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/
Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2025/01/med-mounted.jpg
https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2025/01/img-2631-rotated.jpg
