NASAs nye formskiftende radiator inspireret af origami

Japans gamle kunst at folde papir har inspireret designet af en potentielt banebrydende "smart" radiator, som en NASA-teknolog nu udvikler for at fjerne eller fastholde varme på små satellitter.

Vivek Dwivedi, en teknolog ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, har slået sig sammen med et par forskere ved Brigham Young University i Utah for at fremme en ukonventionel radiator, der kunne foldes og foldes ud, meget som de V-rillede papirstrukturer skabt med origami, kunsten at forvandle et fladt stykke papir til en færdig skulptur.

Under partnerskabet, Brigham Young University assisterende professor Brian Iverson og doktorand Rydge Mulford fremmer designet af en tredimensionel, foldbar radiator, mens Dwivedi udvikler en belægning for at forbedre radiatorens varmeaflednings- eller konserveringsevne.

Denne nye radiator styrer hastigheden af ​​varmetab ved at udføre formskiftende manøvrer. De resulterende topografiske ændringer kunne opnås med temperaturfølsomme materialer som muskeltråd eller formhukommelseslegeringer. Da temperaturfølsomme materialer oplever en ændring i temperatur - forårsaget af rumfartøjets elektronik eller absorption af varme fra Jorden eller solen - kan radiatoren automatisk ændre sin form for enten at kaste eller spare på varmen.

Jo dybere folder eller hulrum er, jo større absorption, forklarede Mulford, tilføjer, at forskere har undersøgt brugen af ​​hulrum til at påvirke varmetabet i næsten 100 år, men ingen har grebet udfordringen an på helt denne måde. "Origami giver dig mulighed for at ændre dybden af ​​disse hulrum i realtid, derved ændrer varmetabet fra en overflade i realtid, " han sagde.

Et skridt videre

Holdet, imidlertid, ønsker at tage konceptet et skridt videre.

Dwivedi, i mellemtiden, arbejder på at fremme en meget emissionsgivende belægning hovedsageligt lavet af vanadiumoxid, et overgangsmetaloxid. Dwivedis idé er derefter at påføre den specielle belægning på origami radiatoren. Han undersøger også dets potentielle brug på andre rumfartøjskomponenter, inklusive solcellepaneler.

Ved test, vanadium-oxid har vist, at det går fra en halvleder til en metaltilstand, når det når 154 grader Fahrenheit. Omstillingen forårsager en stigning i emissiviteten, sagde Dwivedi. Fordi satellitter møder vildt svingende temperaturændringer i kredsløb, Dwivedis mål er at sænke overgangstemperaturen.

I samarbejde med Raymond Adomaitis, en professor ved University of Maryland i College Park, Dwivedi planlægger at sænke overgangstemperaturen ved at påføre meget tynde film af sølv og titanium på vanadiumoxidet ved hjælp af sputtering og en teknik kaldet atomlagsaflejring, eller ALD. ALD udføres i en state-of-the-art reaktor udviklet af både Dwivedi og Adomaitis. Med ALD, ingeniører kan bogstaveligt talt påføre lag af forskellige materialer i atomstørrelse på indviklet formede strukturer - meget ligesom hvordan en kok lægger forskellige ingredienser i lag for at lave en gryde med lasagne.

Den første i en slags kombination

"Kombinationen af ​​origami og en vanadium-oxid-baseret belægning ville være første gang, to forskellige enheder med variabel emissivitet er blevet kombineret til en struktur, " sagde Iverson. Ved at kombinere begge teknologier, holdet mener, at det kan skabe en mindre, mere effektiv radiator ideel til brug på CubeSats, små rumfartøjer, der vokser i popularitet på grund af deres relativt lave omkostninger. Sådan en radiator, Iverson sagde, kunne nemt fastgøres til enhver rumfartøjsoverflade, hvor varme skulle afvises.

Mens tidligt i sin udvikling, origami radiatoren kunne ikke komme for tidligt, især til brug på CubeSats. Traditionelle radiatorer er typisk flade og tunge, ikke egner sig til installation på en satellit, der måler så lidt som fire tommer på en side.

"Denne tilgang har potentialet til at være en game changer inden for termisk design, "Dwivedi sagde. "Vores mål er at erstatte traditionelle radiatorer med dynamiske, periode."