三菱开发了一种可在外太空中空环境下，3D打印卫星天线的技术

2022年5月18日，三菱电机公司报告称，该公司已开发出一种在轨3D打印技术，利用该技术即使在外太空真空环境下，通过光敏树脂和太阳紫外线依然可以使用3D打印制造卫星天线。

△卫星天线的在轨制造和空间部署（左起）。图片来自satnews

南极熊获悉，这项新技术利用了一种新开发的液态树脂，该树脂采用定制配方，即使在真空条件下依然可以保持足够的稳定性。同时，这种树脂可以在太空中使用低功耗工艺制造结构，即利用太阳紫外线进行光聚合。

该技术的研发是专门为解决了小型、廉价的航天器配备大型结构（例如高增益天线反射器）所带来的解决方案。并能够在轨制期间，造大大超过运载火箭整流罩尺寸的3D打印天线结构。

技术背景
这种先进技术的出现，未来可以使在轨航天器的结构比传统设计更轻、更薄。传统航天器必须考虑发射和轨道所带来的设计压力，有了这项技术，可以降低卫星总重量和发射成本。

航天器天线设计具有十足的挑战性，因为它们在高增益、宽带宽和低重量的要求相互矛盾。高增益和宽带宽必然需要大孔径，但经济的轨道部署通常要求设计轻巧且足够小，以适合或折叠在运载火箭或卫星部署器结构内部。

三菱电机的创新方法，基于树脂的在轨制造，有效地实现了高增益、宽带宽、大孔径天线。

△3D打印机的示意图（左）和照片（右）。图片来自satnews

通过开发一种3D打印机，可以挤出一种为真空配制的定制紫外线固化树脂，基于树脂的低功率自由形式（无需辅助支撑结构）在太空中进行3D打印现在已成为可能。

技术特点
1) 用于在真空中自由制造天线的3D打印机。
— 天线尺寸不受运载火箭整流罩尺寸或卫星总线尺寸的限制。
— 在轨制造不需要传统天线反射器所需的笨重设计需求，（如承受发射过程中所带来的振动和冲击的天线结构等），从而可以减少天线反射器的重量和厚度，进一步减轻卫星重量和发射成本。
— 假设使用3U cubesat (100 x 100 x 300 mm) 微型卫星，制造直径为165mm的天线反射器，在Ku波段（13.5 GHz）增益为23.5 dB。

2）截至2022年5月18日，该公司宣称全球首创（根据三菱公司研究）。普通商用光敏树脂因分子量低，蒸气压高，不适合真空应用，它们沸腾过早难以聚合。而新开发的紫外线固化树脂使用高分子量、低蒸气压的低聚物基料，与基于非挥发性聚苯醚的真空稳定增塑剂混合，以达到适合真空挤出的粘度。
— 由于大多数阻聚剂，需要大气中的氧气作为辅助因子来防止过早聚合，并且在真空中不起作用，因此新树脂配方使用的阻聚剂不依赖于氧气的存在，并且挥发性几乎为零。
— 当暴露在紫外线下时，树脂通过交联聚合成一种耐热至至少400°C的固体，满足了在轨设计需求的最高温度。
— 利用阳光进行聚合和固化，无需单独的紫外线光源，从而实现低功耗制造。

未来前景
三菱电机基于树脂的3D打印技术，使小卫星能够实现大卫星同样的能力，从而降低发射成本。并使卫星技术比以往任何时候，将更广泛地用于通信和地球观测 (EO) 等应用。未来允许更多的个人和组织，满足使用卫星图像和观测数据的需求。