三菱電機株式会社は、太陽光で硬化する紫外線硬化樹脂を用いて、人工衛星打ち上げ後に3Dプリンタにより宇宙空間でアンテナを製造する技術を開発したことを発表した。
近年、民間事業者による人工衛星打ち上げなどのビジネスが立ち上がりつつあり、その中で数十cmサイズの小型人工衛星が登場している。
小型人工衛星では、高利得かつ広帯域なアンテナの搭載が求められるが、これまでのアンテナは打ち上げロケットのフェアリング(流線型の覆い)のサイズや、人工衛星のサイズの制約を受けてきた。そのため格納可能なサイズに調整するか、折りたたんで格納して軌道上で展開する必要があり、打ち上げ時や軌道投入時の振動や衝撃に耐えられる構造が必要だった。
今回三菱電機は、真空中で適切な粘度を持ち、太陽光の紫外線による硬化安定性を持つように配合された紫外線硬化樹脂を開発。サポート材が不要なフリーフォーム3D積層造形を真空中で可能にした。硬化に太陽光を用いることで、構造物を低消費電力で製造できる。
この技術を応用し、打ち上げ後にアンテナを“印刷”すれば、数十cmしかない小型衛星でも、開口が大きいアンテナを実現でき、振動や衝撃などを考慮したアンテナ構造やアンテナ展開用部品も不要になる。3Dプリンタはアンテナ部材でもある支柱やアンテナ角度調整用モーターと共用化することで軽量化し、打ち上げコストの低減を実現できるという。
今回開発した3Dプリンタで、165mmのアンテナ反射鏡を試作
紫外線光源を用いた真空中での試作
紫外線硬化樹脂には、基礎材料である高分子量オリゴマーに、真空オイルを可塑剤として加え、硬化阻害剤と硬化開始剤を適切に配合。低圧が引き起こす樹脂蒸発や、酸素がないことによる急速な硬化を防止することで、真空中での押出/硬化に適した安定性を実現したという。
今回、3U CubeSat(100×100×300mm)仕様の小型人工衛星での利用を想定した、165mm径のアンテナ反射鏡を大気中で試作したところ、Ku帯(13.5GHz)で23.5dBの利得を確認できたという。また、0.2kPa以下で試作したアンテナが、宇宙空間での使用に十分な400℃の耐熱性を持つことを確認できたとしている。
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