استارتاپ جدیدی به نام Privateer Space توسط استیو وزنیاک، بنیانگذار اپل تأسیس شده که توسط ساخت ماهواره با پرینتر سه بعدی پاکسازی زباله های فضایی را مهیا ساخته است. Fielding هفت سال گذشته را به عنوان مدیرعامل شرکتی به نام Ripcord سپری کرده است که رباتهای هدایت شونده را میسازد، فناوری که ماموریت بعدی او با Privateer Space را دنبال میکند جارو زبالههای فضایی است.

اهمیت توجه به پاکسازی زباله فضایی
مشکل خاصی که به کمک فناوری پرینتر سه بعدی و خدمات پرینتر سه بعدی روی آن تمرکز کردهایم، شکاف بین آگاهی از موقعیت فضایی در زمان واقعی و پاکسازی زبالههای فضایی است. در حال حاضر حدود 21000 شی در فضا ردیابی می شود که حدود 3500 مورد آن زباله است. حدود نیمی از 6000 ماهواره قدیمی که به دور زمین می چرخند از بین رفته اند و سهم بزرگی از مشکل زباله های فضایی را تشکیل می دهند. 500 قطعه دیگر از آشغال ها، ذراتی هستند که بزرگتر از 10 سانتی متر هستند. و این شامل موارد کوچکتر از 10 سانتی متر نمی شود که دیدن آنها با رادار زمینی، تقریبا غیرممکن است. احتمالاً نیم میلیون قطعه یا بیشتر با اندازه کمتر از 10 سانتی متر شامل تراشه ها، مهره ها و پیچ ها وجود دارد.
3500 تکه آشغال در مقایسه با میزان زباله تولید شده روی زمین و با توجه به فضای عظیمی که این زباله ها در آن شناور هستند، چندان بزرگ به نظر نمی رسد. با این حال، این زباله ها با سرعت 18000 مایل در ساعت بزرگ می شوند. از کنار ماهواره های فعال عبور می کنند و حتی بازو را از ایستگاه فضایی بین المللی جدا می کنند. این مشکل بدتر نیز خواهد شد زیرا برخی از مدارها شلوغ تر می شوند. از آنجائیکه شرکت هایی مانند Starlink و OneWeb قصد دارند تا 90000 ماهواره را در پنج سال آینده پرتاب کنند. با در نظر گرفتن برنامه پرتابی که به تازگی تصویب شده است پیش بینی می شود در چند سال آینده این تعداد به 42000 برسد.
چالش های پاکسازی زباله های فضایی
اما تمیز کردن زباله ها آنقدر که به نظر می رسد آسان نیست. بلکه نیاز به دیدن شی با وضوح کافی برای ارتباط با آن در وهله اول وجود دارد. بنابراین، Privateer Space در حال ساخت زیرساخت های لازم برای رسیدگی به مشکل زباله های فضایی به کمک پرینتر سه بعدی است. که با آگاهی از موقعیت فضایی شروع می شود.
اولین محصولی که Privateer Space در حال حاضر پرتاب می کند، ماهواره ای با بسته حسگر 360 درجه است. که شامل سنسورها و اپتیک های پیشرفته است که رویکرد کاملاً متفاوتی را برای نظارت بر فضا در زمان واقعی ارائه می دهد. تولید افزایشی (AM) به دلیل قدرتی که در آزادسازی فضا و وزن در طراحی ماهواره دارد، کلید چشم انداز این استارتاپ است.
بسیاری از عملکردهای ماهواره در واقع به دلیل طراحی ناکارآمد شاسی، خواه آنها مکعب های کوچک باشند یا ماهواره های چند صد کیلویی سفارشی ساخته شده بزرگ از بین می رود. اگر شاسی شما خیلی سنگین است، آن وزن را برای چیزی که میتوانستید از آن استفاده بهتری داشته باشید مانند پیشرانه، باتری، حسگرهای باند بهتر از دست خواهید داد. به خصوص در ماهواره های کوچک، که در آن ابعاد شما ثابت است.
در ساخت ماهواره با پرینتر سه بعدی می توان طرح ها را به گونه ای بهینه کرد که فقط در صورت لزوم دارای مواد باشند. این امر با امکان انتخاب مواد بیشتر بهبود یافته است. دلیل اینکه تیتانیوم فلز مورد علاقه هوافضا است استحکام بالا به نسبت وزن آن است. همراه با ماهیت مقرون به صرفه و کاربری آسان Desktop Metal تمام آنچه برای چاپ سه بعدی شاسی تیتانیومی لازم بود را مهیا کرده است.
ماهواره چاپ شده با پرینتر سه بعدی
این استارتاپ فضایی یک بدنه ماهواره ای به ابعاد 30 سانتی متر در 10 سانتی متر در 10 سانتی متر (یک مکعب سه واحدی) ساخته شده از Ti64 را با پرینتر سه بعدی چاپ کرده است. با استفاده از این ماده، وزن سیستم 40 درصد کمتر از همتای فولاد ضد زنگ است و در عین حال استحکام بیشتری را در همان حجم کل نشان می دهد. این به معنای وزن بیشتر برای سنسورها، سیستم ها، باتری ها و نیروی محرکه است. تیتانیوم برای جو خورنده فضا نیز ضروری است. تنها گزینه دیگر این شرکت Inconel بود، اما آلیاژ نیکل بسیار سنگین تر از تیتانیوم است. علاوه بر این، استحکام این طرح چاپ سه بعدی برای انجام اندازهگیریهای دقیق در فضا ضروری است.
مزیت های ساخت ماهواره فضایی با پرینتر سه بعدی
استفاده از پرینتر سه بعدی یکی ازبهترین روشها در ساخت ماهواره فضایی است. در درجه اول به این دلیل که حسگرها بسیار ظریف هستند. اندازهگیریها به قدری دقیق هستند که میتوانید انواع خاصی از چرخش روی جسم را در نظر بگیرید. اما نمیتوانید به راحتی تنشهای روی شاسی را محاسبه کنید. بنابراین، وقتی این چیز در فضا می چرخد، تقریباً شبیه یک دوربین 360 درجه است. شما در هر شش جهت اپتیک و سنسور دارید.
چالش شما کاهش لرزش و هر نوع تکان در طراحی است تا آنقدر پایدار باشد که بتوانید خوانش های بسیار دقیقی داشته باشید. هیچ راهی برای انجام این کار وجود نخواهد داشت اگر ما این را از پلاستیک یا حتی از آلومینیوم چاپ کنیم. ما فکر می کنیم استفاده از تیتانیوم بازی را تغییر داده است. این شاسی ماهواره یک تکه پرینت سه بعدی است که دارای ساختارهای شبکه ای پیچیده برای کاهش وزن است. نقاط نصب در طرح چاپ شده تعبیه شده است و امکان اتصال سریع و آسان اجزای غیرچاپی را فراهم می کند.
همانطور که Privateer به آزمایش بروی شاسی ادامه می دهد، استفاده از سیستم فیبر Desktop Metal را برای قطعات تقویت شده با فیبر کربن را نیز آزمایش خواهد کرد. فیلدینگ امیدوار است که با چاپ سه بعدی قطعات کوچکی مانند اتصال دهنده ها و پایه ها، وزن را حتی بیشتر کاهش دهد. علاوه بر این، این بینشی را در مورد میزان مواد لازم برای پشتیبانی از باتری ها یا گاز فشرده ارائه می دهد. زمانی که ما فقط وزن نقاط جوش، کانکتورها، سوراخهای آن رابطها و اندازه کانکتورها را اضافه کردیم، تفاوت بین چاپ سه بعدی در حالت ضد زنگ و چاپ در تیتانیوم بود. 30 تا 40 درصد وزن یک جسم بسیار کوچک به کانکتورها و آن نوع قطعات می رسد.
برتری شرکت Privateer نظارت از فضا بر فضا
برای شروع پاکسازی زبالههای فضایی، این شرکت بر نظارت واقعی فضا از فضا تمرکز میکند. که به شرکت در آنچه که با چه وضوحی قابل مشاهده است، امتیاز قابل توجهی میدهد. دولت ها و مشاغل احتمالا برای دسترسی به داده های فضای ردیابی ماهواره های خصوصی مشترک خواهند شد.
زمانی که شما در حال اندازه گیری اجسامی هستید که بسیار نزدیک به زمین هستند و در بالای سرشان بسیار بسیار سریع حرکت می کنند، ممکن است هر چند ساعت یک بار در بالای سر قرار بگیرند. و اگر 300 یا 400 کیلومتر فاصله داشته باشید و با این سرعت بالای سرتان حرکت کند، تا زمانی که میدان دید شما را ترک نکرده باشد و خیلی دیر شده باشد، متوجه نخواهید شد که به آنتن شما برخورد کرده است. ما اولین شرکتی خواهیم بود که واقعاً فضا را از فضا می بیند.
این امر تأمین بودجه مراحل بعدی را ممکن میسازد. این مراحل شامل سیستمهایی برای ردیابی زبالههای فضایی، گرفتن آنها، و یا انتقال آنها به مسیر آشغالهای بلااستفاده فضا یا خارج کردن آن از مدار به سمت زمین است. فیلدینگ احتمالات دیگری مانند تعمیر یا سوختگیری برخی از ماهوارههای بلا استفاده را برای دادن زندگی دوباره به آنها در نظر میگیرد. همه اینها فقط شروع یک زیرساخت واقعی در فضا به کمک چاپ سه بعدی است.
سوالات متداول:
1- چه موادی برای پرینت سه بعدی قطعات ماهوارهها استفاده میشود؟
مواد مختلفی مانند تیتانیوم، آلیاژهای آلومینیوم، پلاستیکهای مقاوم به حرارت و کامپوزیتها برای این منظور استفاده میشوند.
2- چگونه پرینت سه بعدی به کاهش وزن ماهوارهها کمک میکند؟
این تکنولوژی امکان ساخت قطعات با ساختارهای توخالی و پیچیده را فراهم میکند که وزن کلی ماهواره را کاهش میدهد بدون اینکه استحکام آنها کاهش یابد.