Исследователи разработали саморазворачивающуюся солнечную панель для космических кораблей

Среда, 03 Июля 2019 Автор:
Исследователи разработали саморазворачивающуюся солнечную панель для космических кораблей

Специальный тип пластика может заставить свернутые солнечные панели раскрываться самостоятельно при воздействии солнечного света. Это может быть полезно для солнечных батарей, которые питают космические аппараты. Такие фотопанели моги быть помещены в небольшой контейнер и развернуты после выхода в космос.

Обычное такие типы солнечных панелей разворачиваются с помощью какого-то внешнего контроллера, будь то механическая система, например, отпущенная спиральная пружина, или небольшой мотор. 

Однако детская игрушка вдохновила на создание солнечного элемента с новым дизайном. Благодаря этому конструкция может развернуться и увеличить площадь поверхности в 10 раз всего за 40 секунд без какого-либо источника энергии. Все это благодаря полимеру, который движется в ответ на изменения температуры. Эта концепция может также использоваться в других ситуациях, когда листоподобные конструкции претерпевают резкие и быстрые изменения формы, такие как палатки или кровельные навесы.

Листы и мембраны, которые развертываются из компактных форм, согнутых в форме оригами, называемых развертываемыми структурами, имеют множество потенциальных применений в архитектуре, производстве энергии и робототехнике. Они встречаются в природе - например, в сложенных крыльях насекомых и в почках, которые затем разворачиваются в листься. 

Инженеры-механики Кристина Ши из Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе и Кьяра Дарайо из Калифорнийского технологического института в Пасадене и их коллеги хотели разработать развертываемую структуру, которая открывалась бы быстро и без внешнего источника питания. Ши и член ее команды Тиан Чен ранее строили механические конструкции, которые изменяют форму в зависимости от температуры, используя так называемый полимер с памятью формы. Ниже определенной температуры перехода материал становится жестким, поэтому его можно согнуть, когда он теплый, а затем «зафиксировать» определенную конструкцию путем охлаждения. При более высоких температурах материал становится мягким и возвращается в исходное состояние. Другие исследователи использовали эти материалы для изготовления листов, которые самопроизвольно складываются в коробки, пирамиды и другие формы в ответ на изменения температуры.

Устройство, созданное командой, имеет жесткий каркас из шарнирных соединений. Соединения используют механизм, разработанный инженером Чаком Хоберманом архитектуры. Дизайн похож на так называемую сферу Хобермана, продаваемую в виде игрушки, которая при закрытии образует компактную шариковую форму, но открывается в гораздо большую сферическую оболочку.

Однако новая структура использует круглую, а не сферическую рамку, которая удерживает лист в форме диска. Лист складывается по тому же принципу, что и оригами, в котором параллельные складки позволяют ему сворачиваться в компактную спираль, несколько напоминающую рисунок лепестка розы. Исследователи смогли создать эффективно упакованную и быстро разворачивающуюся конструкцию путем вычислительной оптимизации схемы сгиба для наилучшего размещения в рамках 20 петель Хобермана.

Команда изготовила шарниры и тонкий лист из полимера с памятью формы. Они сложили лист и его навесную раму в компактное состояние при высокой температуре, а затем зафиксировали его, охладив до комнатной температуры. Полностью раскрытый лист диаметром 79 см был получен изначально компактным объектом размером всего 25 см в поперечнике.

При использовании солнечных батарей полимерный лист с памятью формы может быть покрыт фотоэлектрическим материалом, хотя вполне возможно, что материалы с памятью формы могут быть разработаны уже с фотоэлектрическими свойствами.

Для использования в космосе разворачивающийся переход может быть вызван просто нагревом материара из-за поглощения солнечной радиации, при условии, что используются полимеры с памятью формы, которые переключаются при температурах космоса. 

Автор:

Следите за новостями в социальных сетях:

Спасибо, я уже в группе