CRP 工程級(jí)PBF復(fù)合材料應(yīng)用于微型衛(wèi)星和發(fā)射器，為航空航天業(yè)提供新機(jī)遇

微型衛(wèi)星通常重量不到 2 公斤，雖然很小，但它們對(duì)航空航天領(lǐng)域產(chǎn)生著巨大影響。這些微型衛(wèi)星結(jié)構(gòu)緊湊且易于發(fā)射，如今被商業(yè)、政府、軍事和民用機(jī)構(gòu)用于多種目的，從監(jiān)測(cè)電子煙霧污染、改善電信、收集數(shù)據(jù)到捕獲高頻信號(hào)，再到從太空拍攝的地球圖像。但這些小型設(shè)備最近的激增和成功背后的原因是什么？一方面，微型衛(wèi)星比大型衛(wèi)星具有巨大的優(yōu)勢(shì)（例如更低的發(fā)射成本），并且它們得益于電子器件微型化的持續(xù)趨勢(shì)。但還有另一個(gè)因素使它們的開發(fā)成為可能且易于實(shí)現(xiàn)：增材制造技術(shù)。

△發(fā)射器概念圖：描述了V2Albapod Deployer釋放4個(gè)Pocket Qubes的情況。照片由Rocket Lab提供。

CRP 集團(tuán)的粉末床熔融（PBF）用工程級(jí) Windform 復(fù)合材料為開發(fā)滿足太空使用嚴(yán)酷要求的低成本微型衛(wèi)星開創(chuàng)了新的機(jī)遇，該公司的碳纖維和玻璃纖維增強(qiáng)材料在開發(fā)時(shí)考慮了航空航天應(yīng)用。

△Windform 材料對(duì)航空航天業(yè)的影響

CRP Technology長(zhǎng)期與JAXA（日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)）等航空航天領(lǐng)導(dǎo)者合作，某些牌號(hào)成功地經(jīng)受了重力測(cè)試并滿足 NASA 和 ESA 的除氣標(biāo)準(zhǔn)。正如我們將更詳細(xì)地看到的，Windform 材料對(duì)于微型衛(wèi)星的生產(chǎn)非常重要，多年來(lái)許多 Windform 衛(wèi)星已發(fā)射并且仍然成功在軌運(yùn)行的事實(shí)就證明了這一點(diǎn)。

Windform 材料和微型衛(wèi)星的興起

近年來(lái)，總部位于意大利的 CRP Technology及其姊妹公司CRP USA已成為眾多航空航天領(lǐng)導(dǎo)者和機(jī)構(gòu)的重要合作伙伴。這要?dú)w功于CRP 的PBF專用Windform 復(fù)合材料系列，該材料能夠提供太空應(yīng)用（例如微型衛(wèi)星）以及平流層內(nèi)應(yīng)用（例如 UAS/UAV 系統(tǒng)和創(chuàng)新飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)組件）所需的堅(jiān)固性和耐用性（稍后會(huì)詳細(xì)介紹）。

△土衛(wèi)六發(fā)射器。照片來(lái)源：JAXA/NASA

CRP 的太空預(yù)制組件已被美國(guó)國(guó)家航空航天局 (NASA) 和日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu) (JAXA) 等國(guó)家航天機(jī)構(gòu)以及航空航天行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者用于發(fā)射器和微型衛(wèi)星的開發(fā)和生產(chǎn)。有趣的是，該公司的產(chǎn)品與CubeSat應(yīng)用程序一起發(fā)展：近年來(lái)推出了許多新的Windform材料，以滿足航空航天應(yīng)用程序和相鄰領(lǐng)域不斷增長(zhǎng)的需求。僅針對(duì)航空航天領(lǐng)域，該公司就提供七種工業(yè)級(jí)復(fù)合材料，這些材料具有一系列有益的特性，例如導(dǎo)電或絕緣特性以及防釋氣性。結(jié)合粉末床熔融工藝的精度，這些材料非常適合創(chuàng)建堅(jiān)固、精細(xì)的結(jié)構(gòu)，并經(jīng)過(guò)優(yōu)化以適應(yīng)緊湊空間中的各種儀器和技術(shù)。

Windform材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用有著許多成功的案例。例如，CRP Technology 和 CRP USA 與蘇格蘭航空航天公司 Alba Orbital 和總部位于賓夕法尼亞州的 Mini-Cubes LLC 建立了合作伙伴關(guān)系，前者正在建造和發(fā)射世界上最先進(jìn)的皮衛(wèi)星，后者專門開發(fā)用于觀測(cè)和通信的 PocketQube 衛(wèi)星任務(wù)。前者依靠 3D 打印設(shè)備 AlbaPod v2 將 PocketQube 衛(wèi)星發(fā)射到軌道上。該發(fā)射器由 CRP Technology 制造，采用 Windform XT 2.0（一種碳纖維增強(qiáng)的聚酰胺復(fù)合材料）制成。它已成功用于四次任務(wù)，將25個(gè)PocketQube有效載荷發(fā)射到軌道上，如今AlbaPod v2是市場(chǎng)上唯一可可運(yùn)行、經(jīng)過(guò)飛行驗(yàn)證的PocketQube發(fā)射器。 CRP USA則與Mini-Cubes LLC合作，使用相同的Windform復(fù)合材料制造航天級(jí)PocketQube衛(wèi)星。

Windform XT 2.0 為微型衛(wèi)星提供了理想的材料特性，具有高拉伸強(qiáng)度、抗沖擊性、抗排氣性以及耐氣壓和耐流體性。Windform 復(fù)合材料系列的另一個(gè)特點(diǎn)是密度極低且重量輕（特別是與具有相當(dāng)強(qiáng)度和耐用性的金屬相比）。這一點(diǎn)至關(guān)重要，因?yàn)榘l(fā)射成本在很大程度上取決于有效載荷的重量，因此立方體衛(wèi)星越輕，部署就越容易、越便宜。

與 FDM、SLA（甚至非復(fù)合材料 SLS）等其他 3D 打印工藝相比，CRP的 Windform 材料和 PBF 技術(shù)還具有多種優(yōu)勢(shì)，包括能夠生產(chǎn)更堅(jiān)固、更耐用的部件，并經(jīng)認(rèn)證可承受太空環(huán)境壓力。（Windform 組件已成功通過(guò)了各種壓力測(cè)試，包括沿所有三個(gè)軸進(jìn)行高達(dá) 14 公斤的隨機(jī)振動(dòng)以及 -40 至 80 攝氏度的熱真空循環(huán)。）Windform 材料還表現(xiàn)出排氣合規(guī)性，適合與電子產(chǎn)品一起使用，如 PCB、電池和天線。Windform LX 還具有絕緣特性，這使其特別適合制作電子外殼。

△Oresat 采用三頻 4 元件天線系統(tǒng)，盡管空間狹窄，但仍可完全運(yùn)行。

Windform衛(wèi)星應(yīng)用

我們已經(jīng)談?wù)摿撕芏嚓P(guān)于 3D 打印Windform 如何用于微型衛(wèi)星和發(fā)射器的內(nèi)容，但確切了解 3D 打印哪些部件以及原因是很有趣的。CRP 3D 打印技術(shù)的一種常見用途是創(chuàng)建可以安全、緊密地安裝電子設(shè)備的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。該公司解釋道：“Windform 克服了緊湊型衛(wèi)星中多個(gè)板之間布線的復(fù)雜性挑戰(zhàn)�！�

例如，在 TuPOD 衛(wèi)星中，CRPUSA 3D 打印了一個(gè)光滑的圓柱體，除了專門設(shè)計(jì)用來(lái)容納帶有電子器件的單板下部分外，沒(méi)有任何空腔。得益于3D 打印設(shè)計(jì)和 Windform XT 2.0 的強(qiáng)度，電子板得到了充分的保護(hù)，免受 TubeSat 集成過(guò)程中可能發(fā)生的損壞。

CRP 還協(xié)助波特蘭州立航空航天學(xué)會(huì)(PSAS) 最近計(jì)劃的俄勒岡航空航天任務(wù)生產(chǎn)定制 3D 打印組件。最終目標(biāo)是開發(fā)真空密封部件，能夠有效地將多個(gè)電子元件安裝在狹小的空間內(nèi)，同時(shí)還能對(duì)它們進(jìn)行絕緣。通過(guò)使用非導(dǎo)電 Windform LX 材料，PSAS 能夠制造出滿足三頻段、四元件天線的封裝密度需求的外殼。

PSAS 團(tuán)隊(duì)的一名成員說(shuō)道：“據(jù)我們所知，沒(méi)有任何其他衛(wèi)星具有這種天線密度。我們非常高興找到 CRP 的 Windform LX。它絕對(duì)改變了我們?cè)O(shè)計(jì)衛(wèi)星所有部件的方式�！� CRP的高性能復(fù)合材料還被用于生產(chǎn)下一代微型衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)部件。

△CRP 技術(shù)適用于 FLYING-CAM 最大、功能最齊全的超級(jí)無(wú)人機(jī)，具有增強(qiáng)的耐用性。

讓太空觸手可及

Windform 材料和 3D 打印的使用在微型衛(wèi)星的擴(kuò)散中發(fā)揮了重要作用，幫助軌道系統(tǒng)從一項(xiàng)為資金雄厚的研究組織和航天機(jī)構(gòu)保留的利基技術(shù)發(fā)展為每個(gè)人都更容易使用的技術(shù)。增材制造空間技術(shù)的民主化有可能改變國(guó)家和公司等，因?yàn)樗�允許前所未有地獲取有關(guān)我們世界的信息和見解。CRP 設(shè)想，由于特定增材制造材料和技術(shù)的廣泛應(yīng)用，太空探索將在未來(lái)得到擴(kuò)展。微型衛(wèi)星是這一進(jìn)步的一部分，這些小型設(shè)備如今可用于多種用途，從簡(jiǎn)單的觀測(cè)到更復(fù)雜的數(shù)據(jù)收集和探索。

CRP 表示：“Windform 中 3D 打印技術(shù)的使用徹底改變了微型和納米衛(wèi)星的開發(fā)并使之民主化。這些衛(wèi)星的特點(diǎn)是質(zhì)量輕、標(biāo)準(zhǔn)化高，并且使用商業(yè)組件，從而大大降低了成本和開發(fā)時(shí)間�！敝档米⒁獾氖�，微型衛(wèi)星的開發(fā)只是CRP集團(tuán)在航空航天領(lǐng)域發(fā)揮作用的領(lǐng)域之一。

△新一代飛機(jī)采用尖端 Windform 組件，可顯著降低噪音和摩擦。

下一代飛機(jī)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展

CRP 集團(tuán)的 Windform 材料也被用于開發(fā)以效率為優(yōu)先設(shè)計(jì)的新一代飛機(jī)。這些飛機(jī)采用了尖端的 Windform 組件，帶來(lái)了明顯的改進(jìn)。在一個(gè)用例中，3D 打印發(fā)動(dòng)機(jī)組件在生產(chǎn)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用，與現(xiàn)有的高效發(fā)動(dòng)機(jī)相比，效率提高了 10%。這一成就是提高現(xiàn)代飛機(jī)性能和可持續(xù)性的持續(xù)努力的一個(gè)重要里程碑。

CRP公司表示：“該項(xiàng)目的主要成就在于部件的強(qiáng)度、輕便性以及纖薄性。該發(fā)動(dòng)機(jī)的部件首次經(jīng)過(guò)測(cè)試并獲得批準(zhǔn)，因?yàn)樗鼈兡軌蛱岣咚俣刃阅�，同時(shí)減少噪音和摩擦�！� 該用例的細(xì)節(jié)大多未公開，但已成功通過(guò)了漫長(zhǎng)而復(fù)雜的試驗(yàn)，目前正進(jìn)入下一階段的常規(guī)生產(chǎn)交付。

無(wú)人機(jī)和無(wú)人機(jī)是 CRP 集團(tuán)的另一個(gè)重要垂直領(lǐng)域，該公司提供生產(chǎn)飛行就緒結(jié)構(gòu)、支架和推進(jìn)系統(tǒng)等輕型部件、替換部件、遙控器等的服務(wù)。

最終，CRP 集團(tuán)的技術(shù)，特別是其堅(jiān)固的 Windform 材料，能夠?yàn)楦鼜V泛的組織、研究人員和初創(chuàng)公司解鎖航空航天應(yīng)用，幫助開創(chuàng)一個(gè)新時(shí)代。