Japans oude kunst van het vouwen van papier heeft geleid tot het ontwerp van een potentieel baanbrekende "slimme" radiator die een NASA-technoloog nu ontwikkelt om warmte op kleine satellieten te verwijderen of vast te houden.

Vivek Dwivedi, een technoloog bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, heeft samengewerkt met een aantal onderzoekers van de Brigham Young University in Utah om een ​​onconventionele radiator te ontwikkelen die zou kunnen vouwen en ontvouwen, net als de V-groef papierstructuren gemaakt met origami, de kunst van het transformeren van een plat stuk papier in een afgewerkte sculptuur.

Onder het partnerschap, Brigham Young University-assistent-professor Brian Iverson en promovendus Rydge Mulford bevorderen het ontwerp van een driedimensionale, opvouwbare radiator, terwijl Dwivedi een coating ontwikkelt om de warmteafvoerende of conserverende eigenschappen van de radiator te verbeteren.

Deze nieuwe radiator regelt de snelheid van warmteverlies door vormveranderende manoeuvres uit te voeren. De resulterende topografische veranderingen kunnen worden bereikt met temperatuurgevoelige materialen zoals spierdraad of legeringen met vormgeheugen. Omdat temperatuurgevoelige materialen een temperatuurverandering ondergaan - veroorzaakt door elektronica van ruimtevaartuigen of de absorptie van warmte van de aarde of de zon - kan de radiator automatisch van vorm veranderen om warmte af te werpen of vast te houden.

Hoe dieper de plooien of holtes, hoe groter de absorptie, legde Mulford uit, eraan toevoegend dat wetenschappers al bijna 100 jaar het gebruik van holtes hebben onderzocht om warmteverlies te beïnvloeden, maar niemand heeft de uitdaging op deze manier benaderd. "Met origami kun je de diepte van deze holtes in realtime veranderen, waardoor het warmteverlies van een oppervlak in realtime verandert, " hij zei.

Een stap verder

Het team, echter, wil het concept nog een stap verder brengen.

Dwivedi, In de tussentijd, werkt aan de ontwikkeling van een zeer emissieve coating die voornamelijk is gemaakt van vanadiumoxide, een overgangsmetaaloxide. Het idee van Dwivedi is om vervolgens de speciale coating op de origami radiator aan te brengen. Hij onderzoekt ook het mogelijke gebruik ervan op andere ruimtevaartuigcomponenten, inclusief zonnepanelen.

Bij het testen, vanadiumoxide heeft aangetoond dat het overgaat van een halfgeleider naar een metaaltoestand wanneer het 154 graden Fahrenheit bereikt. De omschakeling veroorzaakt een toename van de emissiviteit, zei Dwivedi. Omdat satellieten wild fluctuerende temperatuurveranderingen in een baan om de aarde tegenkomen, Het doel van Dwivedi is om de overgangstemperatuur te verlagen.

In samenwerking met Raymond Adomaitis, een professor aan de Universiteit van Maryland in College Park, Dwivedi is van plan de overgangstemperatuur te verlagen door zeer dunne films van zilver en titanium op het vanadiumoxide aan te brengen met behulp van sputteren en een techniek die atomaire laagafzetting wordt genoemd. of ALD. ALD wordt uitgevoerd in een ultramoderne reactor die is ontwikkeld door zowel Dwivedi als Adomaitis. Met ALD, ingenieurs kunnen letterlijk atomaire lagen van verschillende materialen aanbrengen op ingewikkeld gevormde structuren - net zoals een kok verschillende ingrediënten in lagen legt om een ​​pan lasagne te maken.

Eerste-van-a-Kind Combinatie

"De combinatie van origami en een op vanadiumoxide gebaseerde coating zou de eerste keer zijn dat twee verschillende apparaten met variabele emissiviteit in één structuur zijn gecombineerd, " zei Iverson. Door beide technologieën te combineren, het team gelooft dat het een kleinere, efficiëntere radiator ideaal voor gebruik op CubeSats, kleine ruimtevaartuigen die in populariteit toenemen vanwege hun relatief lage kosten. Zo'n radiateur Iverson zei, kon gemakkelijk worden bevestigd aan elk oppervlak van een ruimtevaartuig waar warmte moest worden afgewezen.

Hoewel het vroeg in zijn ontwikkeling was, de origami-radiator kon niet te vroeg komen, speciaal voor gebruik op CubeSats. Traditionele radiatoren zijn meestal plat en zwaar, zich niet lenen voor installatie op een satelliet van slechts tien centimeter aan een kant.

"Deze aanpak heeft het potentieel om een ​​gamechanger te zijn in thermisch ontwerp, "Dwivedi zei. "Ons doel is om traditionele radiatoren te vervangen door dynamische radiatoren, punt uit."