L’applicazione del mese: la NASA utilizza la stampa 3D per rendere le antenne più accessibili

La produzione additiva ha lasciato il segno in molti settori, compreso quello aerospaziale. È infatti uno dei settori che ha sfruttato al meglio questa tecnologia. Un ramo di questo settore che ha abbracciato la produzione additiva è quello delle telecomunicazioni. La stampa 3D consente di sviluppare antenne con design migliorati e materiali avanzati. Queste antenne sono essenziali per la trasmissione dei dati nelle missioni spaziali, in quanto facilitano la comunicazione tra i satelliti, le sonde e la Terra.

Recentemente, gli ingegneri del Near Space Network della NASA e del gruppo Electronics 3D Printing del Goddard Space Flight Center hanno sviluppato e testato un’antenna stampata in 3D utilizzando la tecnologia Fortify. Il progetto mirava a dimostrare le capacità di progettazione e produzione a basso costo di antenne efficienti che soddisfino i requisiti del settore. L’antenna è stata testata con satelliti di relay e lanciata su un pallone stratosferico dalla Columbia Scientific Facility della NASA a Palestine, in Texas. Questo progetto ha richiesto solo tre mesi e rappresenta una pietra miliare nella produzione di apparecchiature di comunicazione a basso costo per le future missioni spaziali.

L’antenna nella camera anecoica del Goddard Center (Credits: NASA/Peter Moschetti)

Lo sviluppo di antenne stampate in 3D presenta molte sfide. Il processo è particolarmente complesso a causa della necessità di integrare materiali con specifiche proprietà elettromagnetiche e di garantire un’adeguata conduttività per la trasmissione del segnale. Gli ingegneri hanno progettato una struttura ottimizzata per la trasmissione dei dati e hanno utilizzato materiali innovativi. La NASA ha dichiarato che “gran parte dell’antenna è composta da un polimero a bassa resistenza elettrica e caricato con ceramica”, che ha permesso di migliorare la sintonizzazione del segnale. Dopo la progettazione e la stampa, come menzionato, l’antenna è stata testata con i satelliti di relay della NASA prima di essere testata ad alta quota a bordo di un pallone sonda.

I test dell’efficienza dell’antenna stampata in 3D

L’antenna è stata stampata in 3D utilizzando la tecnologia di Fortify, una startup specializzata in apparecchiature per la produzione di dispositivi a radiofrequenza. Sebbene non abbia specificato il modello esatto della stampante utilizzata, sappiamo che Fortify ha consegnato una stampante Flux One al Glenn Research Center della NASA nell’agosto dello scorso anno. L’agenzia ha dichiarato che la soluzione di Fortify ha permesso ai suoi ingegneri di avere il pieno controllo sulle proprietà elettromagnetiche e meccaniche dell’antenna, consentendo loro di fabbricarla in poche ore. L’antenna risultante è un’antenna a dipolo magnetoelettrica, caratterizzata da un diagramma di radiazione a ciambella, una forma ampiamente utilizzata nelle telecomunicazioni.

Fortify sviluppa anche materiali dielettrici per realizzare componenti e dispositivi utilizzati nei sistemi di comunicazione e rilevamento a banda larga e ad alta frequenza (Credits: Fortify).

Nell’ambito dei test iniziali, l’antenna è stata trasferita nella camera anecoica elettromagnetica del Goddard Center di Greenbelt, nel Maryland. Questa camera, progettata per eliminare le interferenze elettromagnetiche, ha permesso di valutare con precisione le prestazioni dell’antenna. Successivamente, sono stati condotti test sul campo presso la Columbia Scientific Balloon Facility in Texas. In questi test, l’antenna stampata in 3D è stata confrontata con un’antenna satellitare standard, valutandone le prestazioni a diverse angolazioni ed elevazioni.

L’antenna è stata anche sottoposta a condizioni estreme. È stata installata su un pallone stratosferico che è stato portato a poco più di 30 chilometri di altezza, per verificare la sua capacità di inviare e ricevere dati. Sorprendentemente, l’antenna ha superato con successo questi test, confermando la sua applicazione in future applicazioni spaziali.

Questo progetto portato avanti dalla NASA apre nuove possibilità per la produzione di antenne. Grazie alla prototipazione rapida e alla flessibilità del design e dei materiali offerta dalla produzione additiva, la NASA sarà in grado di sviluppare sistemi di comunicazione più efficienti e adatti a diverse missioni.

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*Crediti foto di copertina: NASA/Peter Moschetti