Веха в космическом производстве: 3D-печать на основе PEEK для инноваций в спутниковых технологиях

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Использование PEEK в качестве клея: китайские ученые напечатали «универсальный спутник» на 3D-принтере

Как сделать спутник лёгким и «универсальным»?

Традиционная конструкция спутников требует наслоения механического каркаса, модулей охлаждения и электронных систем, что делает их громоздкими и уязвимыми к космической радиации.

Недавно команда ученых из Харбинского политехнического университета опубликовала статью в журнале Engineering, предложив метод модульного проектирования. Сочетая собственную технологию высокотемпературной 3D-печати и используя PEEK в качестве клея, они впервые объединили четыре функции — несущую способность, электропроводность, теплопроводность и радиационную защиту — в одной композитной панели.

Результаты эксперимента: прочнее, легче и устойчивее к радиации

Исследования показали, что новая структура на 21,5% прочнее традиционных материалов, теплопроводность почти в 6 раз выше, а блокировка космической протонной радиации достигает 28%.

Проблема массы: больше функций — выше вес?

Спутник должен выдерживать вибрации при запуске, рассеивать тепло и защищать оборудование от радиации. Традиционные конструкции с болтовыми соединениями делают спутник тяжёлым и сложным, особенно это критично для наноспутников размером с обувную коробку.

Доктор Чжан Янь сравнивает это с добавлением радиатора в смартфон: «Металлическая пластина увеличивает толщину и может мешать сигналу».

Попытки встраивания литиевых батарей в слои спутников не решали проблему из-за высокой плотности металлов.

Конструкция «слоёного пирога»: каждый слой решает свою задачу

Команда разработала пятислойную композитную структуру:

• Нижний слой: PEEK с алюминиевой сеткой для прочности и радиационной защиты

• Средний слой: углеродное волокно (для снижения веса) и алюминий (для отвода тепла)

• Верхний слой: медные провода, изолированные силиконовой прокладкой

• Финальное покрытие: герметизация чистым PEEK

Все слои соединяются расплавленным PEEK при высокой температуре. Генетический алгоритм оптимизирует толщину слоев — результат: масса всей панели на 1% меньше, чем у чистого PEEK (160,9 г против 162,5 г).

«Готовка при высокой температуре»: одновременная печать металла и пластика

Новый принтер работает при 500°C, одновременно выдавливая расплавленный PEEK и металлическую проволоку/углеволокно. Это решает проблему расслоения металла и пластика.

Итог: композит с пористостью всего 1,5% (у обычного пластика — 8,6%). Даже при изгибе проводка внутри панели остаётся работоспособной.

Производительность: защита от радиации и отвод тепла

После облучения пучком протонов в 35 МэВ глубина проникновения снизилась с 9,35 мм до 6,74 мм (повышение защиты на 27,9%). Теплопроводность выросла с 0,25 до 1,67 Вт/м·К.

Созданный прототип наноспутника успешно измерял температуру и влажность, передавая данные в облако.

Профессор Ли Лунцюй отметил: «В будущем астронавты смогут печатать запчасти прямо на орбите».

Перспективы: «температурный код» космической печати

Есть трудности — температурные колебания могут повлиять на материал, углеволокно ломается в сопле. Команда разрабатывает алгоритм адаптивного управления температурой и планирует испытания в невесомости.

Эта разработка уже применяется в китайском спутнике на низкой орбите с запуском на орбиту в 2025 году. Подобные «универсальные доспехи» могут стать стандартом будущих космических аппаратов.