Las estructuras espaciales livianas, como los cubesats, los paneles solares desplegables, los conjuntos de antenas y los telescopios espaciales, dependen de diseños compactos y eficientes para minimizar los costos de lanzamiento y maximizar la funcionalidad. Una nueva investigación de la Universidad de Illinois proporciona un progreso significativo para estas aplicaciones al integrar electrónica flexible en brazos autodesplegables.
Los investigadores han creado una pluma autodesplegable de 20 gramos con electrónica flexible integrada para usar en CubeSats. La pluma está hecha de un fino compuesto de fibra de carbono y está equipada con sensores y LED para resistir las duras condiciones espaciales y ayudar en el monitoreo y visualización del despliegue.
El diseño liviano es fundamental para las estructuras espaciales, especialmente las herramientas para satélites compactos y livianos. La versatilidad es una ventaja añadida. Para cumplir estos requisitos de una manera novedosa, investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han combinado con éxito una electrónica flexible con un brazo autodesplegable de tres capas que pesa sólo 20 gramos.
"Es difícil integrar la electrónica comercial en estas estructuras ultradelgadas, y la idea de este trabajo comenzó en una reunión hace dos años", dijo Xin Ning, profesor de aeroespacial y aeroespacial en la Escuela de Ingeniería Grainger de la Universidad de Illinois.
Presentó su experiencia única en la fabricación de estructuras espaciales multifuncionales que integran electrónica liviana y flexible.
"Llamó la atención de Juan Fernández del Centro de Investigación Langley de la NASA. Estaba construyendo una estructura de brazo para un proyecto CubeSat en Virginia Tech y vio una oportunidad de colaborar y agregar un dispositivo multifuncional a la estructura en lugar de simplemente una estructura pura", dijo Ning.
Al final, el brazo utilizado para albergar los componentes electrónicos se fabricó en el Centro de Investigación Langley de la NASA. Es un compuesto de tres capas de fibra de carbono y resina epoxi diseñado para ser muy delgado, aproximadamente del grosor de una hoja de papel. Se puede enrollar como una cinta métrica, almacenando energía en la bobina hasta que se desenrolla en el espacio.
"Virginia Tech tiene demandas específicas sobre nosotros, algunas de las cuales nos plantean desafíos", dijo Ning. "Uno era la longitud. Querían incrustar líneas de alimentación y datos de más de un metro de largo en un material compuesto delgado como el papel. Probamos diferentes materiales y técnicas. Al final, utilizamos cables delgados disponibles comercialmente recubiertos con aislamiento, y funcionó. Creo que lo pensamos demasiado al principio. Habíamos probado métodos más duros y complicados, pero todos fallaron. Esta fue una solución simple y confiable, usando cables disponibles en el mercado y fácilmente disponibles".
Otro componente clave es un parche electrónico liviano y flexible con un sensor de movimiento, un sensor de temperatura y un diodo emisor de luz azul, todos montados en la parte superior del brazo. Ning explica que los componentes electrónicos deben poder soportar las duras condiciones de vacío térmico del espacio y al mismo tiempo ser lo suficientemente flexibles para resistir el despliegue repentino de un brazo enrollado. Los sensores de movimiento monitorean el despliegue y las vibraciones del brazo, y los diodos emisores de luz azul ayudan a las cámaras CubeSat a ver estructuras en el espacio después del despliegue.
El equipo de Ning llevó a cabo simulaciones y experimentos terrestres integrales para explorar las propiedades mecánicas del brazo biestable con electrónica flexible, así como su comportamiento de despliegue y vibración. Estos estudios básicos pueden proporcionar información valiosa sobre el diseño de futuras estructuras espaciales multifuncionales. "También estamos trabajando para hacer que la electrónica flexible sea más duradera en el espacio para protegerla y permitirle operar por más tiempo en el entorno espacial".
El lanzamiento del CubeSat de tres unidades de Virginia Tech, equipado con una pluma multipropósito, está previsto para 2025.
Compilado de /ScitechDaily