L'assistente professore di Brigham Young Brian Iverson e il dottorando Rydge Mulford hanno collaborato con il tecnologo della NASA Vivek Dwivedi per far progredire la progettazione di un radiatore pieghevole, ispirato all'arte della piegatura della carta. Ancora all'inizio del suo sviluppo, Iverson e Mulford stanno sperimentando forme diverse per determinare quale configurazione funzionerebbe meglio come radiatore. Credito:Brigham Young University
L'antica arte giapponese di piegare la carta ha ispirato il design di un radiatore "intelligente" potenzialmente pionieristico che un tecnologo della NASA sta ora sviluppando per rimuovere o trattenere il calore sui piccoli satelliti.
Vivek Dwivedi, un tecnologo del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, ha collaborato con un paio di ricercatori della Brigham Young University nello Utah per promuovere un radiatore non convenzionale che si piega e si apre, proprio come le strutture di carta con scanalatura a V create con gli origami, l'arte di trasformare un pezzo di carta piatto in una scultura finita.
Sotto il partenariato, Brian Iverson, assistente professore della Brigham Young University, e lo studente di dottorato Rydge Mulford stanno portando avanti la progettazione di un radiatore pieghevole, mentre Dwivedi sta sviluppando un rivestimento per migliorare le capacità di dispersione o conservazione del calore del radiatore.
Questo nuovo radiatore controlla il tasso di perdita di calore eseguendo manovre di cambiamento di forma. I cambiamenti topografici risultanti potrebbero essere ottenuti con materiali sensibili alla temperatura come il filo muscolare o le leghe a memoria di forma. Poiché i materiali sensibili alla temperatura subiscono un cambiamento di temperatura, causato dall'elettronica dei veicoli spaziali o dall'assorbimento di calore dalla Terra o dal sole, il radiatore potrebbe cambiare automaticamente la sua forma per disperdere o conservare il calore.
Più profonde sono le pieghe o cavità, maggiore è l'assorbimento, ha spiegato Mulford, aggiungendo che gli scienziati hanno studiato l'uso delle cavità per influenzare la perdita di calore per quasi 100 anni, ma nessuno ha affrontato la sfida in questo modo. "Origami ti permette di modificare la profondità di queste cavità in tempo reale, modificando così la perdita di calore da una superficie in tempo reale, " Egli ha detto.
Il tecnologo Vivek Dwivedi, chi si trova di fronte a un reattore sputtering utilizzato per depositare ossido di vanadio su substrati campione per i test, sta collaborando con i ricercatori della Brigham Young University per sviluppare un radiatore ideale per piccoli veicoli spaziali. Credito:NASA/W. Hrybyk
Un passo avanti
Il gruppo, però, vuole portare il concetto un passo avanti.
Dwivedi, nel frattempo, sta lavorando per far avanzare un rivestimento altamente emissivo composto principalmente da ossido di vanadio, un ossido di metallo di transizione. L'idea di Dwivedi è poi quella di applicare lo speciale rivestimento sul radiatore origami. Sta anche studiando il suo potenziale utilizzo su altri componenti di veicoli spaziali, compresi i pannelli solari.
Nella prova, l'ossido di vanadio ha dimostrato che passa da uno stato semiconduttore a uno stato metallico quando raggiunge i 154 gradi Fahrenheit. Il passaggio provoca un aumento dell'emissività, ha detto Dwivedi. Poiché i satelliti incontrano variazioni di temperatura estremamente variabili in orbita, L'obiettivo di Dwivedi è abbassare la temperatura di transizione.
In collaborazione con Raymond Adomaitis, professore all'Università del Maryland a College Park, Dwivedi prevede di abbassare la temperatura di transizione applicando film molto sottili di argento e titanio all'ossido di vanadio mediante sputtering e una tecnica chiamata deposizione di strati atomici, o ALD. L'ALD viene eseguito in un reattore all'avanguardia sviluppato sia da Dwivedi che da Adomaitis. Con ALD, gli ingegneri possono letteralmente applicare strati atomici di materiali diversi su strutture dalla forma complessa, proprio come un cuoco mette a strati diversi ingredienti per preparare una padella di lasagne.
Combinazione unica nel suo genere
"La combinazione di origami e un rivestimento a base di ossido di vanadio sarebbe la prima volta che due diversi dispositivi a emissività variabile sono stati combinati in un'unica struttura, " ha detto Iverson. Combinando entrambe le tecnologie, il team crede di poter creare un più piccolo, radiatore più efficiente ideale per l'uso su CubeSats, minuscole astronavi che stanno diventando sempre più popolari a causa del loro costo relativamente basso. Un tale radiatore, Iverson ha detto, potrebbe essere facilmente attaccato a qualsiasi superficie di veicoli spaziali in cui il calore doveva essere respinto.
Mentre all'inizio del suo sviluppo, il radiatore origami non poteva venire troppo presto, in particolare per l'uso su CubeSats. I radiatori tradizionali sono tipicamente piatti e pesanti, non si prestano all'installazione su un satellite di appena quattro pollici di lato.
"Questo approccio ha il potenziale per essere un punto di svolta nella progettazione termica, " ha detto Dwivedi. "Il nostro obiettivo è sostituire i radiatori tradizionali con quelli dinamici, periodo."
