15 C
Брюссель
Пятница, Март 29, 2024
НовостиИсследователи Массачусетского технологического института печатают на 3D-принтере точные датчики плазмы для спутников

Исследователи Массачусетского технологического института печатают на 3D-принтере точные датчики плазмы для спутников

ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ: Информация и мнения, воспроизведенные в статьях, принадлежат тем, кто их излагает, и они несут ответственность за это. Публикация в The European Times автоматически означает не одобрение точки зрения, а право на ее выражение.

ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ ПЕРЕВОД: Все статьи на этом сайте опубликованы на английском языке. Переведенные версии выполняются с помощью автоматизированного процесса, известного как нейронные переводы. Если сомневаетесь, всегда обращайтесь к оригинальной статье. Спасибо за понимание.

Исследователи Массачусетского технологического института продемонстрировали напечатанный на 3D-принтере плазменный датчик для орбитального космического корабля, который работает так же хорошо, как и гораздо более дорогие полупроводниковые датчики. Эти прочные и точные датчики можно эффективно использовать на недорогих и легких спутниках, известных как CubeSats, которые обычно используются для мониторинга окружающей среды или прогнозирования погоды. Кредит: рисунок предоставлен исследователями и отредактирован MIT News.

Дешёвые и быстрые в производстве, они изготовлены цифровым способом. плазма Датчики могут помочь ученым предсказывать погоду или изучать изменение климата.

Ученые MIT создали первые полностью цифровые датчики плазмы для спутников. Эти датчики плазмы, также известные как анализаторы замедляющего потенциала (RPA), используются орбитальными космическими аппаратами для определения химического состава и распределения энергии ионов в атмосфере.

Оборудование с 3D-печатью и лазерной резкой работало так же хорошо, как и современные полупроводниковые датчики плазмы. Из-за производственного процесса, для которого требуется чистое помещение, полупроводниковые плазменные датчики дороги и требуют недель сложного изготовления. Напротив, эти датчики, напечатанные на 3D-принтере, можно изготовить за десятки долларов за считанные дни.

Благодаря низкой стоимости и быстрому производству новые датчики идеально подходят для CubeSat. Эти недорогие, маломощные и легкие спутники часто используются для связи и мониторинга окружающей среды в верхних слоях атмосферы Земли.

Группа исследователей разработала RPA с использованием стеклокерамического материала, который более устойчив, чем традиционные материалы датчиков, такие как кремний и тонкопленочные покрытия. Используя стеклокерамику в процессе изготовления, разработанном для 3D-печати пластиком, они смогли создать датчики сложной формы, которые могут выдерживать большие перепады температур, с которыми космический корабль может столкнуться на более низкой околоземной орбите.

«Аддитивное производство может иметь большое значение в будущем космической техники. Некоторые думают, что когда вы что-то печатаете на 3D-принтере, вам приходится жертвовать меньшей производительностью. Но мы показали, что это не всегда так. Иногда нечем торговаться», — говорит Луис Фернандо Веласкес-Гарсия, главный научный сотрудник Лаборатории технологий микросистем Массачусетского технологического института (MTL) и старший автор статьи, посвященной плазменным датчикам.

Присоединение Веласкес-Гарсия на бумага ведущий автор и постдок MTL Хавьер Искьердо-Рейес; аспирантка Зои Бигелоу; и постдоктор Николай К. Любинский. Исследование опубликовано в Производство добавок.

” size=”(max-width: 777px) 100vw, 777px” alt=”3D-печатная схема плазменного датчика” width=”777″ height=”501″ aria-describedby=”caption-attachment-190588″ data-ezsrcset=” https://europeantimes.news/wp-content/uploads/2022/08/3d-printed-plasma-sensor-schematic-777×501-jpg.jpg 777w, https://scitechdaily.com/images/3D-Printed -Plasma-Sensor-Schematic-400×258.jpg 400 Вт, https://scitechdaily.com/images/3D-Printed-Plasma-Sensor-Schematic-768×496.jpg 768 Вт, https://scitechdaily.com/images /3D-Printed-Plasma-Sensor-Schematic-1536×991.jpg 1536w,https://scitechdaily.com/images/3D-Printed-Plasma-Sensor-Schematic.jpg 1838w” data-ezsrc=”https:// europeantimes.news/wp-content/uploads/2022/08/3d-printed-plasma-sensor-schematic-777×501-jpg.jpg” />

В RPA плазма проходит через ряд электрически заряженных сеток, усеянных крошечными отверстиями. Когда плазма проходит через каждую сетку, электроны и другие частицы удаляются, пока не останутся только ионы. На этом рисунке показано, как сетки помещаются внутри корпуса RPA, который выравнивает сетки. Кредит: Предоставлено исследователями.

Универсальные датчики

RPA был впервые использован в космической миссии еще в 1959 году. Датчики обнаруживают энергию ионов или заряженных частиц, плавающих в плазме, которая представляет собой перегретую смесь молекул, присутствующих в верхних слоях атмосферы Земли. На борту орбитального космического корабля, такого как CubeSat, универсальные приборы измеряют энергию и проводят химический анализ, который может помочь ученым прогнозировать погоду или отслеживать изменение климата.

Датчики содержат ряд электрически заряженных сеток с крошечными отверстиями. Когда плазма проходит через отверстия, электроны и другие частицы удаляются, пока не останутся только ионы. Эти ионы создают электрический ток, который датчик измеряет и анализирует.

Ключом к успеху RPA является структура корпуса, которая выравнивает сетки. Он должен быть электроизолирующим, а также способным выдерживать внезапные и резкие перепады температуры. Исследователи использовали пригодный для печати стеклокерамический материал, известный как Vitrolite, который обладает этими свойствами.

Впервые появившись в начале 20-го века, Vitrolite часто использовался в красочной плитке, которая стала обычным явлением в зданиях в стиле ар-деко.

Прочный материал также может выдерживать температуры до 800 градусов. Цельсия (1472 градусов Фаренгейт) без разрушения, тогда как полимеры, используемые в полупроводниковых RPA, начинают плавиться при 400 градусах Цельсия (752 градуса по Фаренгейту).

«Когда вы делаете этот датчик в чистом помещении, у вас нет такой же степени свободы в определении материалов и конструкций и того, как они взаимодействуют друг с другом. Это стало возможным благодаря последним разработкам в области аддитивного производства», — говорит Веласкес-Гарсия.

Переосмысление изготовления

Процесс 3D-печати керамики обычно включает в себя керамический порошок, на который воздействуют лазером, чтобы сплавить его в формы. Однако этот процесс часто оставляет материал грубым и создает слабые места из-за сильного нагрева лазеров.

Вместо этого ученые Массачусетского технологического института использовали полимеризацию в ваннах — процесс, внедренный несколько десятилетий назад для аддитивного производства полимеров или смол. При полимеризации в ванне трехмерная структура строится по одному слою за раз путем многократного погружения ее в чан с жидким материалом, в данном случае Vitrolite. Ультрафиолетовый свет используется для отверждения материала после добавления каждого слоя, а затем платформа снова погружается в чан. Каждый слой имеет толщину всего 3 микрон (примерно диаметр человеческого волоса), что позволяет создавать гладкие, сложные керамические формы без пор.

В цифровом производстве объекты, описанные в файле проекта, могут быть очень сложными. Эта точность позволила исследователям создать вырезанные лазером сетки уникальной формы, чтобы отверстия идеально совпадали, когда они были установлены внутри корпуса RPA. Это позволяет проходить большему количеству ионов, что приводит к измерениям с более высоким разрешением.

Поскольку производство датчиков было дешевым и их можно было изготовить очень быстро, команда разработала четыре уникальных дизайна.

В то время как одна конструкция была особенно эффективна для захвата и измерения широкого спектра плазмы, подобной той, с которой спутник может столкнуться на орбите, другая хорошо подходила для обнаружения чрезвычайно плотной и холодной плазмы, которую обычно можно измерить только с помощью сверхточных полупроводниковых устройств.

Такая высокая точность может позволить использовать 3D-печатные датчики для исследований в области термоядерной энергии или сверхзвуковых полетов. Веласкес-Гарсия добавляет, что быстрый процесс прототипирования может даже способствовать инновациям в разработке спутников и космических аппаратов.

«Если вы хотите внедрять инновации, вы должны быть в состоянии потерпеть неудачу и позволить себе риск. Аддитивное производство — это совсем другой способ изготовления космического оборудования. Я могу сделать космическое оборудование, и если оно выйдет из строя, это не имеет значения, потому что я могу сделать новую версию очень быстро и недорого, и действительно переделать дизайн. Это идеальная песочница для исследователей», — говорит он.

Хотя Веласкес-Гарсия доволен этими датчиками, он хочет усовершенствовать процесс изготовления в будущем. Уменьшение толщины слоев или размера пикселя при полимеризации в чанах из стеклокерамики может создать сложное аппаратное обеспечение, которое станет еще более точным. Кроме того, полностью аддитивное производство датчиков сделает их совместимыми с производством в космосе. Он также хочет изучить использование искусственного интеллекта для оптимизации конструкции датчиков для конкретных случаев использования, например, для значительного уменьшения их массы при сохранении их структурной прочности.

Ссылка: «Компактные анализаторы потенциала замедления на основе полимеризации стеклокерамики в емкостях для диагностики CubeSat и лабораторной плазмы», авторы Хавьер Искьердо-Рейес, Зои Бигелоу, Николас К. Любинский и Луис Фернандо Веласкес-Гарсия, 13 июля 2022 г., Производство добавок.
DOI: 10.1016/j.addma.2022.103034

Эта работа частично финансировалась Массачусетским технологическим институтом, Программой нанотехнологий Массачусетского технологического института Монтеррея, Португальской программой Массачусетского технологического института и Португальским фондом науки и технологий.

- Реклама -

Еще от автора

- ЭКСКЛЮЗИВНЫЙ СОДЕРЖАНИЕ -Spot_img
- Реклама -
- Реклама -
- Реклама -Spot_img
- Реклама -

Должен прочитать

Последние статьи

- Реклама -