Normalmente pesando menos de 2 kg, os microssatélites podem ser pequenos, mas estão tendo um grande impacto no mundo aeroespacial. Os satélites em miniatura, compactos e fáceis de lançar, são hoje usados por entidades comerciais, governamentais, militares e civis para múltiplos fins, desde o monitoramento da poluição por eletro-smog, passando pela melhoria das telecomunicações, até a coleta de dados, até a captura de alta frequência imagens da Terra vistas do espaço.
Mas o que está por trás da recente proliferação e sucesso desses pequenos dispositivos? Por um lado, os satélites em miniatura oferecem enormes benefícios em relação aos maiores (como custos de lançamento muito mais baratos) e são possibilitados pela tendência contínua de miniaturização na eletrônica. Mas há também outro fator que torna seu desenvolvimento possível e acessível: a tecnologia de manufatura aditiva.
Os materiais compósitos Windform de nível de engenharia do CRP Group para o processo de fusão em leito de pó abriram novas oportunidades para o desenvolvimento de minissatélites de baixo custo que atendem aos rigores do uso no espaço. Os materiais reforçados com carbono e fibra de vidro da empresa foram desenvolvidos tendo em mente as aplicações aeroespaciais.
A CRP Technology há muito tempo faz parceria com líderes aeroespaciais como JAXA, a Agência de Exploração Aeroespacial do Japão), com certos graus suportando com sucesso a força G e atendendo aos padrões de desgaseificação da NASA e da ESA. Como veremos com mais detalhes, os materiais Windform são importantes para a produção de minissatélites, como evidenciado pelo fato de muitos satélites Windform terem sido lançados ao longo dos anos e ainda estarem em órbita com sucesso.
Windform e a ascensão de satélites em miniatura
A CRP Technology, sediada na Itália, bem como sua empresa irmã CRP USA , tornaram-se parceiros importantes para uma série de líderes e agências aeroespaciais nos últimos anos. Isso se deve à gama especializada de materiais compósitos Windform da CRP para PBF, que oferece a robustez e a durabilidade necessárias para aplicações no espaço, como satélites em miniatura, bem como aplicações em nossa estratosfera, como sistemas UAS/UAV e componentes inovadores de motores de aeronaves (mais sobre isso mais tarde).
Os componentes prontos para o espaço do CRP foram usados para o desenvolvimento e produção de implementadores e satélites em miniatura por agências espaciais nacionais, incluindo Nasa e Jaxa, bem como por líderes da indústria aeroespacial. Curiosamente, os produtos da empresa evoluíram junto com os aplicativos CubeSat: com muitos novos Windform materiais lançados nos últimos anos para atender à crescente gama de necessidades de aplicações aeroespaciais e áreas adjacentes.
Somente para o setor aeroespacial, a empresa oferece sete materiais compósitos de nível industrial, que possuem uma variedade de propriedades benéficas, como propriedades condutoras ou isolantes, bem como resistência à liberação de gases. Em combinação com a precisão dos processos de fusão em leito de pó, os materiais são ideais para criar estruturas fortes e detalhadas otimizadas para acomodar vários instrumentos e tecnologias em um espaço compacto.
Por exemplo, a CRP Technology e a CRP USA estabeleceram parcerias com a empresa aeroespacial escocesa Alba Orbital, que está construindo e lançando os picossatélites mais avançados do mundo, e a Mini-Cubes LLC, com sede na Pensilvânia, especializada no desenvolvimento de satélites PocketQube para observação e comunicações missões. O primeiro conta com um dispositivo impresso em 3D, AlbaPod v2, para colocar os satélites PocketQube em órbita.
O implantador é fabricado pela CRP Technology e é feito de Windform XT 2.0, um material composto de poliamida reforçado com fibra de carbono. Ele foi usado com sucesso em quatro missões para lançar 25 cargas úteis PocketQube em órbita, e hoje o AlbaPod v2 é o único implementador PocketQube operacional e comprovado em voo no mercado.
O Windform XT 2.0 oferece as propriedades de material ideais para minissatélites, com alta resistência à tração, resistência ao choque, resistência à desgaseificação e pressão de ar e resistência a fluidos. A gama de materiais compósitos Windform também se caracteriza por ser de densidade extremamente baixa e leve (especialmente em comparação com metais com resistência e durabilidade comparáveis). Isso é crítico porque os custos de lançamento são em grande parte baseados no peso da carga, portanto, quanto mais leve o CubeSat, mais fácil e barato é de implantar.
Em comparação com outros processos de impressão 3D, como FDM, SLA (e até SLS não composto), os materiais Windform da CRP e a tecnologia PBF também oferecem vários benefícios, incluindo a capacidade de produzir peças mais fortes e duráveis certificadas para suportar as tensões ambientais do espaço. (Os componentes Windform passaram com sucesso por uma variedade de testes de estresse, incluindo até 14 kg de vibração aleatória ao longo dos três eixos e ciclos de vácuo térmico variando de -40 a 80 graus Celsius).
Os materiais Windform também demonstram conformidade com a liberação de gases e são adequados para uso com eletrônicos, como PCBs, baterias e antenas. O Windform LX possui especificamente propriedades isolantes, o que o torna particularmente adequado para caixas eletrônicas.
Aplicações de satélite Windform
Falamos muito sobre como o Windform impresso em 3D é usado para satélites e implementadores em miniatura, mas é interessante saber exatamente quais partes estão sendo impressas em 3D e por quê. Um uso comum da tecnologia de impressão 3D do CRP é criar estruturas complexas que podem caber em eletrônicos com segurança e conforto. “A complexidade da fiação entre várias placas em um satélite compacto foi um desafio que a Windform superou”, explica a empresa.
No satélite TuPOD, por exemplo, a CRP USA 3D imprimiu um cilindro liso sem cavidades, exceto por uma seção inferior separada projetada especificamente para abrigar uma única placa com componentes eletrônicos. Graças ao design impresso em 3D e à força do Windform XT 2.0, a placa eletrônica está adequadamente protegida contra danos que podem ocorrer durante o processo de integração do TubeSat.
A CRP também auxiliou na produção de componentes personalizados impressos em 3D para a recente Missão Aeroespacial do Oregon planejada pela Portland State Aerospace Society (PSAS). O objetivo final era desenvolver peças à prova de vácuo que pudessem se encaixar efetivamente em vários componentes eletrônicos em um espaço pequeno e, ao mesmo tempo, isolá-los. Usando o material Windform LX não condutivo, a PSAS foi capaz de criar um invólucro que atendesse às necessidades de densidade de empacotamento de uma antena de três bandas e quatro elementos.
“Não conhecemos nenhum outro satélite com esse tipo de densidade de antena”, disse um membro da equipe do PSAS. “Ficamos absolutamente emocionados ao encontrar o Windform LX da CRP. Isso mudou completamente a maneira como projetamos todas as partes do nosso satélite.” Os materiais compostos de alto desempenho da CRP também foram usados para produzir componentes estruturais para satélites em miniatura da próxima geração.
Windform democratizando o espaço
O uso de materiais Windform e impressão 3D desempenhou um papel importante na proliferação de satélites em miniatura, ajudando os sistemas orbitais a progredir de uma tecnologia de nicho reservada para organizações de pesquisa e agências espaciais bem financiadas para uma mais acessível a todos. Essa democratização da tecnologia espacial AM tem o potencial de transformar países e empresas, pois permite acesso sem precedentes a informações e insights sobre nosso mundo.
A CRP prevê um futuro onde a exploração espacial se expande graças à ampla disponibilidade de materiais e tecnologias específicas de manufatura aditiva. Os satélites em miniatura fazem parte desse progresso, e os pequenos aparelhos podem hoje ser usados para diversas finalidades, desde a simples observação até a coleta e exploração de dados mais complexos.
“O uso da tecnologia de impressão 3D em Windform revolucionou e democratizou o desenvolvimento de micro e nanossatélites”, afirma o CRP. “Esses satélites são caracterizados por sua baixa massa, alta padronização e uso de componentes comerciais, o que reduz significativamente os custos e os tempos de desenvolvimento.”
Notavelmente, o desenvolvimento de satélites em miniatura é apenas uma área na indústria aeroespacial em que o CRP Group está desempenhando um papel.
Aeronaves de última geração permitem sustentabilidade
Os materiais Windform do CRP Group também estão sendo usados para desbloquear uma nova geração de aeronaves projetadas com eficiência como prioridade. A incorporação de componentes Windform de última geração nessas aeronaves resultou em melhorias significativas. Em um caso de uso, os componentes do motor impressos em 3D desempenharam um papel fundamental na produção de um motor de aeronave com um aumento de 10% na eficiência em comparação com os motores altamente eficientes existentes. Essa conquista representa um marco importante nos esforços contínuos para melhorar o desempenho e a sustentabilidade das aeronaves modernas.
“As principais conquistas do projeto foram a resistência e a leveza das peças, além de sua esbelteza”, afirma a empresa. “Pela primeira vez, os componentes do motor foram testados e aprovados por sua capacidade de melhorar o desempenho da velocidade, reduzindo ruídos e fricção.” O caso de uso, cujos detalhes em sua maioria não são divulgados, passou com sucesso por um teste longo e complexo e agora está entrando na próxima fase de entregas regulares de produção.
UAS e UAVs são outra vertical importante para o CRP Group e a empresa oferece seus serviços para a produção de estruturas prontas para voo, peças leves como suportes e sistemas de propulsão, peças de reposição, controles remotos e muito mais.
Em última análise, a tecnologia do CRP Group e, particularmente, seus materiais robustos Windform estão bem posicionados para desbloquear aplicações aeroespaciais para uma ampla gama de organizações, pesquisadores e startups, ajudando a inaugurar uma nova era. Para saber mais acesse o site.
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