Une antenne déployable pourrait fournir des communications plus puissantes sur des satellites spatiaux plus petits

Une antenne déployable pourrait fournir des communications plus puissantes sur des satellites spatiaux plus petits

L’antenne hélicoïdale dans son état entièrement déployé. Crédit : Université du Colorado à Boulder

Au fur et à mesure que l’industrie spatiale se concentre sur les grands satellites pour les plus petits avec les mêmes fonctionnalités, il y a un besoin croissant pour le matériel à bord de se réduire également.

Un groupe de seniors en génie mécanique de l’Université du Colorado à Boulder a aidé à répondre à ce besoin en concevant une antenne compactable qui permettrait des communications radio plus puissantes sur des satellites plus petits.

Lockheed Martin Space parraine le projet. L’équipe d’étudiants du département de génie mécanique Paul M. Rady a conçu et construit le prototype de leur projet de conception senior.

“Toute notre équipe est passionnée par l’industrie spatiale, et nous voulions faire partie du changement et de l’innovation qui se produisent”, a déclaré Gillian Grace Brachoki, chef de projet de l’équipe. “Nous avons trouvé la poussée pour des objets déployables dans des unités plus petites vraiment intéressantes.”

Le prototype de l’équipe est une antenne hélicoïdale déployable qui démarre dans un état comprimé. Le matériel d’antenne satellite actuel est entièrement déployé lors du lancement. Ces systèmes peuvent être volumineux et non alignés sur l’objectif de l’industrie en matière de matériel plus petit.

“Les petits satellites et les micro-satellites conduisent à une industrie plus agile”, a déclaré l’ingénieur CAO Isaac Nagel-Brice. “Si vous développez un satellite sur deux ans au lieu d’une décennie, vous êtes en mesure de mettre en orbite des bus plus petits plus rapidement et à moindre coût. Cela peut pousser l’innovation et la progression à une échelle beaucoup plus rapide.”

Les étudiants ont conçu leur antenne pour qu’elle se déploie une fois dans l’espace, activée par un ordinateur de bord. Cela déclencherait le composant d’antenne de l’appareil pour étendre quatre fois sa hauteur comprimée de 3,5 pouces à près de 20 pouces pour une fonctionnalité complète.

L’équipe a accompli cela en concevant l’antenne avec les propriétés d’un ressort mécanique, une idée que l’industrie a rarement tenté de construire auparavant. Les étudiants ont expliqué qu’il était difficile d’optimiser le prototype pour qu’il soit à la fois un ressort et une antenne.

Ils devaient tenir compte de la géométrie, du matériau et de la bande de fréquence. Les étudiants ont utilisé des calculateurs de ressort et un logiciel de simulation de structure à haute fréquence pour construire une antenne qui pourrait se ranger et se déployer avec les propriétés d’un ressort mécanique.

“La géométrie de l’antenne a donné lieu à un ressort puissant”, a déclaré Nicolas Garzione, l’un des ingénieurs électromécaniciens de l’équipe. “Une partie de nos exigences est qu’il doit survivre à l’équivalent d’un lancement d’Atlas V, qui est assez violent. Nous avons passé beaucoup de temps sur ce mécanisme de retenue, qui est un élément clé de notre projet de viabilité et de sécurité.”

Lockheed Martin Space a également exigé que le prototype soit évolutif. Par conséquent, les étudiants ont conçu chaque partie de l’antenne déployable pour qu’elle soit mise à l’échelle de plus ou moins 50 %.

La taille de l’appareil dicterait également les bandes de radiofréquences transmises par l’antenne. Une circonférence de ressort plus grande nécessiterait des fréquences plus élevées.

“Je pense que ce prototype pourrait conduire à un changement dans l’industrie”, a déclaré Nagel-Brice. “Notre antenne a une géométrie de conception intéressante, mais elle est très intentionnelle afin qu’elle puisse être construite plus grande ou plus petite.”

Les étudiants ont terminé les tests de fonctionnalité, de déploiement, de choc mécanique et de vibration de l’antenne sur leur prototype. Les tests de radiofréquence ont été effectués chez First RF, une société spécialisée dans les antennes et les systèmes de radiofréquence, tandis que les tests de vibration ont eu lieu chez Lockheed Martin.

L’équipe a déclaré que travailler avec Lockheed Martin Space sur ce projet a été à la fois inspirant et instructif. Il a permis aux étudiants de combiner leur formation en génie mécanique avec de nouvelles compétences acquises sur le tas.

“C’est beaucoup de technologies de pointe qui n’ont pas été mises en œuvre de cette manière jusqu’à présent, grâce à une résolution créative de problèmes”, a déclaré l’ingénieur système Hector Calar. “La réduction du matériel signifie que l’industrie peut ajouter une instrumentation plus avancée, puisque vous avez plus d’espace libre. Libérer cet espace sur les fusées et les satellites nous permet de faire plus avec la science de l’ingénierie.”

L’équipe peut maintenant dire qu’elle fait partie de cette poussée vers une technologie compacte de pointe. Avec leur propre conception innovante assemblée dans un prototype potentiellement révolutionnaire, les étudiants sont en bonne voie d’équiper l’industrie spatiale pour des impacts scientifiques plus importants.

L’équipe de conception senior a présenté son antenne hélicoïdale déployable au College of Engineering and Applied Science Engineering Projects Expo 2022 le 22 avril.


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Fourni par l’Université du Colorado à Boulder

Citation: Une antenne déployable pourrait fournir des communications plus puissantes sur des satellites spatiaux plus petits (2022, 5 mai) récupéré le 5 mai 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-05-deployable-antenna-powerful-smaller-space.html

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