立方星的案例
鉑力特3D打印技術在航空航天領域的四個應用案例
3. 3D打印立方星部署器為空間站在軌釋放微納衛星儲備技術
2020年5月8日，新一代載人飛船試驗船返回艙在東風著陸場預定區域成功著陸，試驗船飛行試驗任務取得圓滿成功。新一代載人飛船試驗船不僅完成了首次3D打印太空實驗，還搭載了世界首個基于金屬3D打印技術的立方星部署器。該部署器由中國商業航天公司星眾空間（北京）科技有限公司研制，由鉑力特金屬3D打印技術制造。
鉑力特制造的金屬3D打印部署器，重量僅為傳統機械加工產品的一半，加工周期從過去的幾個月縮短為一周，大幅度降低了設計重量，提高了結構強度。本次飛行充分驗證了立方星3D打印新型部署器的結構強度、材料性能和空間環境適應性，為“3D打印+航天”的大規模應用和未來空間站在軌釋放、機動部署微納衛星提供了數據，儲備了技術。
這枚名為COSPOD-3D的立方星部署器，既可滿足國際標準3U立方星的發射與部署，也可滿足部分增大版3U立方星的需求，容納其多層展開帆板、大型表貼天線、相機等外部凸出載荷的應用。更重要的是，這一系列產品配有新型多星分配控制器，能夠通過火箭提供的一路分離信號驅動多路部署器釋放，實現一箭百星的部署能力。同樣由星眾空間設計研制、鉑力特制造的多星分配控制器，計劃在未來幾個月內開展在軌試驗。
采用3D打印技術加工微納衛星部組件，在批產化方面的優勢也非常顯著。
展開 深度學習|太空“帶貨”，在軌放“衛星”！細說“夢天”那些“黑科技”
另外，“夢天”專門配置了微小飛行器在軌釋放機構，它在載荷轉移機構與機械臂的配合下，能夠滿足百公斤級微小飛行器或者多個規格立方星的在軌釋放需求，解決微衛星和立方星低成本進入太空的問題，從而能進一步增強空間站的綜合應用效益。
具體來說就是，在軌釋放機構以組件形式收納在艙內，當需要執行釋放小衛星任務時，航天員可以按照立方星的規格進行在軌組裝，然后把立方星或微衛星填裝到釋放機構的“包廂”內。釋放機構的“包廂”單次最大載客量為36U立方星或百公斤級微衛星（1U的體積是10厘米×10厘米×10厘米）。接著，釋放機構即可搭乘載荷轉移機構將小衛星運送至艙外。出艙后，機械臂抓取釋放機構并調整釋放機構的姿態，當立方星或微衛星運動到指定的發射方向時，釋放機構就會像彈弓一樣把小衛星依次以規定的速度彈射出去，讓衛星既穩當又安全地開始太空旅程，實現在軌“放衛星”。
主要面向微重力科學研究
“夢天”實驗艙主要面向微重力科學研究，上面裝有超冷原子物理實驗柜、高精度時頻實驗柜、高溫材料科學實驗柜、兩相系統實驗柜、流體物理實驗柜、燃燒科學實驗柜、在線維修裝調實驗柜等7個方面的8個科學實驗柜（其中高精度時頻實驗柜由2個艙內科學實驗柜和4臺艙外設備組成一個完整的實驗系統），支持開展重力掩蓋下的多相流與相變傳熱、基礎燃燒過程、材料凝固機理等物質本質規律研究以及超冷原子物理等前沿實驗研究等。
超冷原子物理實驗柜主要是利用空間微重力環境條件，建立具有超低溫、大尺度、高質量、適合精密測量的玻色-愛因斯坦凝聚態工作物質的開放實驗系統，開展前沿基礎物理研究，是世界領先的中國首個微重力超冷原子物理實驗平臺。
高精度時頻實驗柜是空間站中最復雜的實驗柜。高精度時頻實驗系統通過艙內不同特性原子鐘組合，將建成世界上在軌運行的精度最高的空間時間頻率系統。
展開 基于MBSE的衛星工程(5)
該任務將使用3顆基于立方星標準平臺研發的3U立方星。每顆衛星上都將配備冷氣推進系統、原子鐘、星間通信系統以及可展開太陽能電池板。這3顆衛星將被發射到半長軸、偏心率、傾角相同的；軌道，并形成一個衛星集群，衛星間的相對距離從最近的100m到最遠的250km。其中1顆星將被指定為“領航者”，其他2顆星將作為“跟隨者”。“跟隨者”可根據“領航者”的運動狀態，對運行軌道進行修正，以滿足相對距離約束。另外，地面控制中心可下達指令從而實現衛星間的角色轉換。
利用納米衛星進行群集和地理定位的空間自主任務(SAMSON：Space Autonomous Mission for Swarming and Geolocation with Nanosatellites)
地球觀測應用的新趨勢是使用一套低成本、簡單和研制時間短的衛星。以12顆立方體衛星作為成像節點的群任務，此外還提出了集線式微衛星來完成對地觀測任務，稱為分塊成像衛星群(FIC：Fractionated Imaging Satellite Cluster)。該建議的最大問題在于成像節點衛星和一顆集線器衛星之間使用光通信鏈路來傳輸大量成像數據。
SAMSON將包括三顆基于立方體衛星標準建造的納米衛星。它們從近地軌道進行科學操作，以高空間和時間分辨率對磁場強度和磁場矢量進行高精度和高分辨率測量，以檢查磁場的變化。該任務有兩個主要目標：
使用基于DSSL erc資助的FADER研究的算法，演示多顆衛星的長期自主集群飛行;
根據到達時差(TDOA：time difference of arrival)和/或到達頻差(FDOA：frequency difference of arrival)確定輻射電磁地面源的位置。
展開 衛星測控系統簡介
多衛星任務（MSM）應用的增長源于微衛星、納米衛星和立方星的日益快速普及，以及批量化、標準化的生產線建立。
長空所指，有我護航
微小衛星測控分系統
測控(Telemetry,Tracking and Control,TT&C)系統是小衛星架構中一個不可或缺的分
系統，TT&C提供了遙測、遙控、測距、測速、跟蹤等基本業務。測控系統不僅起著
保障衛星正常工作，管理衛星狀態的功能，同時也是地面站觀察和維護小衛星運行狀態
的唯一途徑。
其主要功能如下：
（1）監視衛星通信平臺上各個子系統的性能，并將這些監視數據發往地面衛星控制
中心，為地面站工作人員分析判斷衛星是否運行正常提供數據參考。
（2）提供地面站跟蹤的信號源，地面衛星測控中心通過測量發射信號和接收信號之
間的相位差，確定地面站與衛星之間的距離以及兩者的相對運動速度。
（3）接收地面測控中心根據遙測和跟蹤數據發現星上分系統參數出現偏差或故障發
送的指令，進而調整衛星的在軌運行姿態與運行軌跡。
圖1 測控任務業務流程
目前統一S波段（USB）、擴頻等測控體系常應用在大型衛星通信系統[26]。
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美國燒了8.3億美元，就為了去火星“玩泥沙”？
另外，與洞察號一起前往火星的還有立方體衛星（CubeSat）技術公司的兩顆立方體衛星，稱為火星立方星一號（MarCO），旨在為未來的任務提供通信和導航功能，并可能有助于洞察號的通信，這也是立方體衛星技術公司在深空環境下首次測試其立方體衛星。
▲地球和月球，5月9日由MarCO立方體衛星拍攝，右邊是它的高增益天線，這是它傳回的首張照片。
▲JPL工程師Joel Steinkraus和MarCO立體衛星，左邊是折疊起來的衛星，右邊是太陽能板完全展開的衛星，頂部是高增益天線。
MarCO有助于為NASA提供快速通信能力，可以快速知道探測器登陸火星后的狀態信息。 一個立方體衛星的基本單元大約是10厘米（4英寸）的方塊，MarCO的設計是一個六單元的立體衛星，尺寸大約是36.6厘米（14.4英寸）乘 24.3厘米（9.5英寸）乘11.8厘米（4.6英寸），大約一個公文包大小。
▲MarCO提供通信中繼，以便洞察號著陸火星后，快速告知地球。
在洞察號進行進入，下降和著陸（EDL）操作期間，著陸器將在超高頻（UHF）無線電頻段，將信息傳送到飛越其頭頂的火星勘測軌道飛行器（MRO）。MRO隨后會將洞察號的EDL信息在X波段傳回地球。MRO不能同時在UHF波段接收信息，又在X波段發送信息。
▲兩顆立方體衛星火星軌道模擬圖
另外當MRO不在洞察號頭頂上方時，它們之間就無法通信，這就會帶來延遲。而MarCO的兩顆立方體衛星，在UHF波段（僅接收）和X波段（接收和發射），可為洞察號提供及時的中繼信息服務。
洞察號火星探測器成功降落火星地表，也將為人類帶來更多、更詳盡的火星信息，讓我們更加了解這一最接近地球的兄弟行星！
展開 比鋼強10倍，比鋁高8倍|可用于航空航天結構件的3D打印連續纖維復合材料
碳纖維密度一般在1400~2000kg每立方米，經過環氧樹脂強化的碳纖維密度也不過1600kg每立方米而已，遠遠好于金屬材料。
而且這種材料抗拉強度極高，想要拉斷高強度碳纖維材料需要用拉斷同樣橫截面積鋼鐵的力的兩到四倍。
碳纖維（后三行）與金屬材料的對比
另外，碳纖維跟金屬材料不一樣，碳纖維材料并沒有所謂“疲勞強度”的概念，也就是說變化的力對于金屬材料來說是一種威脅，需要重點關注，但是放在碳纖維這里卻不叫什么事情。
上面這些優點對于航空器材可以說是至關重要，因為這些東西是要飛上天的，所以自然是越輕越好，而且像航空發動機這樣的裝置，需要承受巨大、復雜的載荷，工作狀態下零件內部會分布有復雜變化的載荷，有這么一種密度小、強度高、抗疲勞能力強的材料自然是極好的。
碳纖維在航空航天領域的應用非常廣泛，它可以被用來制造火箭的燃料儲藏罐，也可以用來制造飛機的外殼。尤其是現在先進民用客機制造中，碳纖維的使用比例已經超過了50%。
展開 5，6，9開通！無人機“飛進”地鐵，這很西工大！
—2016年，西北工業大學自主研制的世界首顆12U立方星搭載“長征七號”運載火箭升空
西北工業大學自主研制的“翱翔”系列微小衛星
西北工業大學開我國無人機研制之先河，實現我國第一個整套無人機系統、第一個無人機生產線等出口海外，擁有我國唯一的無人機特種技術國家重點實驗室和無人機系統國家工程中心
理解3D打印點陣結構的性能以及設計規則
點陣胞元結構
點陣胞元結構形式眾多，它們是點陣中的基本單元，常見的點陣胞元結構有立方體，星形，八角形，六邊形，菱形和四面體等。
鈦合金“蜘蛛”架，由雷尼紹AM250制造，Altair Optistrut軟件, 和Materialise Magics 軟件生成，
點陣胞元結構可以調整甚至混合使用以獲得部件所需的效果，選擇不同的結構會產生不同的效果，比如說有的結構可以獲得更高的剛度 - 重量比，有的結構可以更好地抑制能量，有的結構更加具有美感。
點陣胞元結構的大小和密度
點陣胞元結構的大小和密度是指單個胞元的大小以及在一個空間內胞元的數量。點陣胞元本身的大小取決于其節點和連接節點的梁的厚度和長度。較大的胞元更容易打印，同時也更硬。相應的，較小的胞元更均勻，但會受到特征尺寸的限制。在進行點陣結構設計時，可以在單個產品的不同位置上設置不同的密度以實現機械性能。通過傳統制造技術實現這些性能，需要進行多個零件組裝，而3D打印可以在單一產品中形成不同的功能性能區域。
材料的選擇
制造材料決定了點陣的特性。彈性或軟質材料通常需要設計成較小和較密集的胞元群以減少打印期間的下垂。剛性材料在打印點陣時具有更大的設計范圍，胞元可以具有更大的尺寸和更少的數量。
點陣胞元結構的方向
打印時的擺放方向將對點陣結構是否能夠打印成功產生影響，擺放方向會影響打印對象所需支撐的數量和位置。通常，合理擺放的點陣結構是自支撐的，不需要單獨添加打印支撐結構。比如說，在粉末床激光熔融3D打印技術中，一般來說與加工托盤形成的角度小于45度的懸伸結構需要支撐，在擺放點陣結構時，應選擇可實現最理想的零件自身支撐的擺放方向，以便盡可能降低加工成本并減少后期處理工作。
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