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La NASA ha sviluppato e testato un’antenna stampata in 3D al fine di dimostrare una soluzione economica per trasmettere dati scientifici dalla Terra. L’antenna, testata in volo utilizzando un pallone sonda, apre la strada all’uso della stampa 3D come opzione di sviluppo a basso costo per il crescente numero di missioni scientifiche ed esplorative.
Stampa 3D
La struttura principale dell’antenna è composta da un polimero ceramico con bassa resistenza elettrica e proprietà regolabili. Gli ingegneri del Near Space Network della NASA hanno progettato e costruito l’antenna, testandola con i satelliti per telecomunicazioni della rete e successivamente facendola volare su un pallone sonda.
Utilizzando una stampante fornita da Fortify, il team ha avuto il pieno controllo su proprietà elettromagnetiche e meccaniche che i normali processi di stampa 3D non permettono di gestire. Una volta acquisita la stampante, la tecnologia ha consentito di progettare e stampare l’antenna in poche ore, includendo le parti conduttive realizzate con diverse stampanti a inchiostro conduttivo utilizzate durante l’esperimento.
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Il team ha progettato e realizzato un’antenna magneto-elettrica dipolare 3D, che è stata poi montata su un pallone sonda. Le antenne dipolari, comunemente utilizzate in radio e telecomunicazioni, presentano due “poli” che generano un pattern di radiazione simile a una ciambella.
Collaudo
L’antenna, frutto della collaborazione tra il Scientific Balloon Program della NASA e il programma Space Communications and Navigation (SCaN), è stata progettata per dimostrare le capacità di progettazione e produzione a basso costo.
Dopo la produzione, l’antenna è stata assemblata e testata presso il Goddard Space Flight Center della NASA, nel Maryland, all’interno della camera anecoica elettromagnetica del centro.
Questa camera, il luogo più silenzioso di Goddard, è uno spazio schermato progettato per bloccare le onde elettromagnetiche esterne e sopprimerne l’emissione. L’ambiente elimina echi e riflessioni delle onde elettromagnetiche, simulando il “silenzio” dello spazio.
Per i test, Alex Moricette, un tirocinante della NASA, ha installato l’antenna sull’albero della camera anecoica. Il team ha verificato le prestazioni dell’antenna in un ambiente simile allo spazio per assicurarsi che funzionasse come previsto.
Completata questa fase, gli ingegneri della NASA hanno condotto test finali sul campo presso il Columbia Scientific Balloon Facility della NASA, in Texas, coordinando i collegamenti con la flotta di satelliti per telecomunicazioni del Near Space Network per valutare la capacità dell’antenna stampata in 3D di inviare e ricevere dati.
Le prestazioni sono state monitorate inviando segnali tra l’antenna 3D e il sistema di comunicazione standard del pallone, confrontando i risultati a diverse angolazioni e altezze per stabilire una base di riferimento. Confrontando l’antenna stampata in 3D con l’antenna standard, il team ha stabilito un riferimento per ottimizzare le prestazioni.In volo
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Durante il volo, il pallone sonda con l’antenna stampata in 3D è stato testato a un’altitudine di 30.000 metri per verificarne la resistenza ambientale ed è stato recuperato in sicurezza.
Da decenni, il Scientific Balloon Program della NASA, gestito dal Wallops Flight Facility in Virginia, utilizza palloni per portare carichi scientifici nella stratosfera. Questi palloni trasportano strumenti che misurano pressione atmosferica, temperatura, umidità, velocità e direzione del vento, trasmettendo i dati a una stazione a terra.
La dimostrazione ha confermato i risultati attesi: con le capacità di prototipazione rapida e produzione della stampa 3D, la NASA può creare antenne di comunicazione ad alte prestazioni, personalizzate per le specifiche delle missioni, in tempi record.
L’adozione di queste tecnologie avanzate è fondamentale per ridurre i costi delle piattaforme esistenti e abilitare missioni future.
Il Near Space Network è finanziato dall’ufficio del programma SCaN della NASA a Washington ed è gestito dal Goddard Space Flight Center.
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