29.08.2014

Солнечная панель для космических аппаратов по принципам оригами

В детстве Брайан Триз (Brian Trease) из Лаборатории реактивного движения (Jet Propulsion Laboratory) NASA в Пасадене, Калифорния, увлекался тем, что складывал из упаковок фаст-фуда бумажных журавликов, отыскивая разнообразные узоры оригами в книгах. Сегодня инженер-механик продолжает детское увлечение, но уже совсем на другом уровне.

Вместе с Шенноном Зирбелем (Shannon Zirbel), докторантом из Университета Бригама Янга, Брайан Триз разработал массив солнечных батарей для космических аппаратов, раскладывающийся по принципу оригами.

По мнению Триза, то, чем он занимается, «это уникальное пересечение культуры, искусства и технологии».

Исследователи нашли, что оригами может быть очень полезным в космосе, и однажды преимущества, предоставляемые этим искусством, найдут достойное применение. Как известно, производительность солнечных батарей находится в прямой зависимости от их площади. Однако при транспортировке на орбиту батареи приходится складывать.

Развёртывание солнечных батарей в космосе может стать настоящей проблемой, особенно для беспилотных космических аппаратов. Но используя принципы оригами, процесс можно существенно упростить.

Солнечные панели, используемые в космосе сегодня, используют простые методы уменьшения размеров. Их складывают по принципу веера или мехов аккордеона. Оригами позволяет значительно уменьшить транспортные размеры и одновременно упростить конструкцию за счёт применения сложных складок.

В прошлом году Зирбель и Триз создали в масштабе 1:20 настольный прототип солнечной батареи с рабочим диаметром 25 метров, которая складывается до 2,7 м.

Одной из складных структур, использованных исследователями, стало оригами Миура. Его разработал японский астрофизик Корио Миура (Koryo Miura) специально для космоса.

Особенность структуры Миура - в лёгкости перехода из сложенного в раскрытое положение и обратно. Для того, чтобы открыть или закрыть оригами, достаточно потянуть за одну сторону.

В 1995 году по принципу Миура складывались солнечные батареи японского спутника. Однако, несмотря на этот тест, технология всё еще требует доработки.

«Свёрток», созданный Тризом, не повторяет решение Миура, а сочетает его с другими складками. По мнению исследователя, его разработка будет особенно полезна для малых спутников, а также может быть использована для развёртывания радиоантенн и в любых случаях, когда понадобится развернуть плоский объект радиально, от центра во всех направлениях.

Как рассказал Триз, при разработке дизайна исследователям приходилось решать проблему толщины материала, которой, в отличие от бумажного оригами, пренебречь невозможно.

Оригами — искусство, родившееся в древности. Но лишь в последние 40 лет оно стало предметом серьёзного математического анализа. «Вы думаете о нём, как о древнем искусстве, но, вооружившись математическим аппаратом, люди изобретают совершенно новые вещи», - говорит Триз.

Алексей Норкин

Источники:

1. facepla.net