可展开天线可以在更小的空间卫星上提供更强大的通信

随着航天工业将其重点从大型卫星转向具有相同功能的小型卫星，机载硬件也越来越需要缩小。科罗拉多大学博尔德分校的一组机械工程专业的资深人士通过设计一种可在较小的卫星上实现更强大的无线电通信的紧凑型天线，帮助满足了这一需求。

Lockheed Martin Space 正在赞助该项目。Paul M. Rady 机械工程系的学生团队为他们的高级设计项目设计并建造了原型。

“我们整个团队都对航天工业充满热情，我们希望成为正在发生的变革和创新的一部分，”该团队的项目经理 Gillian Grace Brachoki 说。“我们发现推动更小单位的可部署项目非常有趣。”

该团队的原型是一个可展开的螺旋天线，以压缩状态开始。当前的卫星天线硬件在发射时已完全部署。这些系统可能很大，并且与行业对较小硬件的目标不一致。

“小型卫星和微型卫星导致行业更加灵活，”CAD 工程师 Isaac Nagel-Brice 说。“如果你在两年而不是十年内开发一颗卫星，你就能以更便宜的成本更快地将小型公共汽车送入轨道。这可以更快地推动创新和进步。”

学生们设计了他们的天线，一旦进入太空就可以部署——由机载计算机激活。这将触发设备的天线组件将其压缩高度从 3.5 英寸扩展到近 20 英寸的四倍以实现全部功能。

该团队通过设计具有机械弹簧特性的天线来实现这一目标，这是该行业以前很少尝试构建的想法。学生们解释说，将原型优化为既是弹簧又是天线是很难做到的。

他们必须将几何形状、材料和频段都考虑在内。学生们使用弹簧计算器和高频结构模拟器软件构建了一个天线，该天线可以利用机械弹簧的特性进行收起和部署。

“天线几何形状产生了强大的弹簧，”团队中的一位机电工程师 Nicolas Garzione 说。“我们的部分要求是它必须能够在相当于 Atlas V 发射的情况下存活下来，这相当猛烈。我们在这种约束机制上花了很多时间，这是我们项目的可行性和安全性的关键部分。”

Lockheed Martin Space 还要求原型需要可扩展。因此，学生们将可展开天线的每个部分设计为正负 50%。

设备的尺寸也将决定通过天线传输的射频频带。更大的弹簧周长将需要更高的频率。

“我认为这个原型可能会导致行业的转变，”Nagel-Brice 说。“我们的天线有一些有趣的设计几何形状，但它是非常有意的，因此它可以建造得更大或更小。”

学生们已经在他们的原型上完成了天线功能、部署、机械冲击和振动测试。射频测试在专门从事天线和射频系统的公司 First RF 进行，而振动测试则在洛克希德马丁公司进行。

该团队表示，与洛克希德马丁空间公司在这个项目上的合作既鼓舞人心又提供了丰富的信息。它使学生​​能够将他们的机械工程背景与他们在工作中学到的新技能相结合。

“由于一些创造性的问题解决方案，许多尖端技术直到现在还没有以这种方式实施，”系统工程师 Hector Calar 说。“缩小硬件意味着行业可以添加更先进的仪器，因为你有更多的自由空间。释放火箭和卫星上的空间让我们在工程科学方面做得更多。”

该团队现在可以说他们是推动尖端紧凑技术的一部分。学生们将他们自己的创新设计组装成一个可能具有革命性的原型，他们正在为太空工业装备以产生更大的科学影响。

高级设计团队于 4 月 22 日在 2022 年 工程学院和应用科学工程项目博览会上展示了他们的可展开螺旋天线。

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