Inteligentne konstrukcje do nanosatelitów wyposażonych w siłowniki
Rdzeniem projektu PEASSS jest szybko rozwijający się rynek przyrządów piezoelektrycznych – technologii stosowanej w powszechnych aplikacjach, takich jak smartfony, wtryskiwacze paliwa, zgrzewanie ultradźwiękowe, skanery ultradźwiękowe czy systemy komunikacji podwodnej. Jednak zalety tej technologii – w tym niewielka masa, oszczędności ilościowe i duża dokładność – nie są dotychczas komercyjnie wykorzystywane w przestrzeni kosmicznej. „Inteligentne konstrukcje” opracowane przez konsorcjum obejmują konstrukcję z piezo-siłownikiem i mechanizm wyznaczania, agregaty prądotwórcze, czujniki światłowodowe i innowacyjną elektronikę. Według Matthew Maniscalco, koordynatora projektu, i jego zespołu, te inteligentne konstrukcje mogą poprawić dokładność i stabilność niemal wszystkich platform obserwacyjnych Ziemi – tym samym plasując Europę w czołówce badań przestrzeni kosmicznej. Głównymi beneficjentami tej technologii są satelity CubeSats – przypominające rozmiarami karton mleka – których celem jest gromadzenie danych o powierzchni i atmosferze Ziemi. „Większa dokładność sterowania i możliwość redukcji hałasu mechanicznego oznacza poprawę wszelkiego rodzaju obserwacji. Ponadto technologia ta usprawni procesy wytwarzania energii w kosmosie, a dzięki temu otworzy drogę do wykorzystania rozproszonej sieci czujników i innych technologii kosmicznych nowej generacji.” – mówi pan Maniscalco. 15 lutego 2017 r., po czterech latach badań, konsorcjum udało się stworzyć własne CubeSat, składające się z piro-agregatu i inteligentnej konstrukcji. Głównym celem było wykazanie, że inteligentna konstrukcja jest w stanie zmienić kąt odchylenia czujnika. Faktycznie, satelity narażone w kosmosie na działanie ekstremalnych temperatur mogą ulegać deformacji, co wpływa na wykonane przez nie pomiary. PEASSS CubeSat dokonują pomiaru deformacji za pomocą czujników światłowodowych, a następnie wysyłają je na Ziemię, zaś kąty odchylenia czujników są następnie odpowiednio korygowane za pomocą siłowników piezoelektrycznych. „Członkowie konsorcjum są bardzo zadowoleni z funkcjonowania satelity w przestrzeni kosmicznej.” – mówi pan Maniscalco. Mają powód do zadowolenia: Siedem miesięcy po wysłaniu satelity w kosmos, urządzenie wciąż funkcjonuje – co dowodzi, że wbudowana technologia działa i toruje drogę dla przynajmniej 13 zastosowań rynkowych w ciągu najbliższych czterech lat. Należą do nich generatory piroelektryczne do wykorzystania w przestrzeni kosmicznej, zaawansowane urządzenia blokujące, innowacyjne systemy energetyczne dla nanosatelitów, kriogeniczne pomiary temperatury zbiorników paliwa, zminiaturyzowane przyrządy optyczne, nowy interfejs platformy playload itp. „Przemysł w Europie skorzysta z naszych badań na trzy sposoby. Po pierwsze, jeśli chodzi o technologię, to możliwe będzie bardziej precyzyjne wyznaczanie kierunków przez przyrządy. Po drugie, opracowywanie nowych zastosowań i satelitów będzie mniej czaso- i kosztochłonne. Pojawią się wreszcie potencjalne zastosowania inteligentnych konstrukcji w innych gałęziach przemysłu, takich jak motoryzacja i lotnictwo.” – wyjaśnia pan Maniscalco. Jednym z takich zastosowań jest redukcja hałasu i związanego z nim zmęczenia przyszłych części składowych samolotów. Chociaż testy PEASSS CubeSat wciąż trwają, TNO już idzie krok do przodu i pracuje nad przyrządami do małych i dużych satelitów. Są wśród nich: niewielki spektrometr kosmiczny, spektroskopowy przetwornik obrazu do małych satelitów, światłowodowa siatka Bragga do monitorowania zbiorników paliwa w statkach kosmicznych oraz wytwarzanie przyrostowe w przestrzeni kosmicznej dla małych satelitów.
Słowa kluczowe
PEASSS, mała satelita, nanosatelita, CubeSat, inteligentna konstrukcja, piezoelektryk, czujniki, światłowód, siłownik, obserwacja Ziemi, dokładność wyznaczania, kąt odchylenia, piro-agregat