20克重的可自行部署吊杆重新定义了轻质空间结构

研究人员创造了一种20克重的可自行部署吊杆，其中集成了柔性电子设备，可用于立方体卫星。 该吊杆由薄碳纤维复合材料制成，配备了传感器和 LED，能够承受恶劣的太空条件，并有助于部署监控和可视化。

轻量化设计对于空间结构至关重要，尤其是用于紧凑、轻型卫星的工具。 多功能性是一个额外的优势。 为了以新颖的方式满足这些要求，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员成功地将柔性电子器件与重量仅为 20 克的三层可自行部署吊杆结合在一起。

伊利诺伊大学 Grainger 工程学院航空航天教授 Xin Ning 说："很难将商用电子设备集成到这些超薄结构中，这项工作的构想始于两年前的一次会议。 "

他介绍了自己在制造集成轻质、柔性电子器件的多功能空间结构方面的独特专长。

"它引起了NASA 兰利研究中心胡安-费尔南德斯的注意。 他当时正在为弗吉尼亚理工大学的一个立方体卫星项目制作一个吊杆结构，看到了合作的机会，并在结构上添加了多功能装置，而不仅仅是一个纯粹的结构，"Ning 说。

加长的吊杆展示了一个轻质、柔性的电子贴片，吊杆顶端安装了一个运动传感器和一个温度传感器。 图片来源：伊利诺伊大学香槟分校格雷格工程学院

最终，用于容纳电子设备的吊杆是在美国宇航局兰利研究中心制造的。 它是一种三层碳纤维和环氧树脂复合材料，设计得非常薄，大约只有一张纸那么厚。 它可以像卷尺一样卷起来，在线圈中储存能量，直到在太空中自行展开。

"弗吉尼亚理工大学对我们有具体的要求，其中一些要求给我们带来了挑战，"Ning 说。"其一是长度。 他们希望在薄如纸张的复合材料中嵌入长度超过一米的电源线和数据线。 我们尝试了不同的材料和技术。最终，我们使用了涂有绝缘层的商用细导线，并且成功了。 我认为我们一开始想得太多了。 我们尝试过更难、更复杂的方法，但都失败了。 这是一个简单可靠的解决方案，使用的是现成的、随时可用的电线。"

另一个关键部件是一个轻质、灵活的电子贴片，它带有一个运动传感器、一个温度传感器和一个蓝色发光二极管，全部安装在吊杆顶端。 宁解释说，这些电子元件既要能承受恶劣的太空热真空条件，又要保持足够的灵活性，以承受突然展开的盘绕吊杆。 运动传感器可监测吊杆的展开和振动，蓝色发光二极管可帮助立方体卫星摄像头在展开后看到太空中的结构。

Ning的团队进行了全面的地面实验和模拟，以探索带有柔性电子设备的双稳态吊杆的力学特性，以及其部署和振动行为。 这些基础研究可为未来多功能空间结构的设计提供有价值的见解。"我们还在努力使柔性电子元件在太空中更加耐用，以保护电子元件，使其在太空环境中能运行更长时间。"

弗吉尼亚理工大学的三单元立方体卫星配有多功能吊杆，计划于2025年发射。

编译自/ScitechDaily