Các nhà nghiên cứu tại Vương quốc Anh đã phát triển thành công gương nhôm nhẹ, linh hoạt cho kính thiên văn CubeSat bằng công nghệ in 3D. Phương pháp này có khả năng giảm tới 60% trọng lượng của gương sơ cấp so với các thiết kế truyền thống, mở ra tiềm năng mới cho các nhiệm vụ không gian nhỏ gọn.
Gương có dạng vòng với đường kính ngoài 84 mm và đường kính trong 32 mm. Cấu trúc "lưới nội bộ split-p" độc đáo, tương tự như tổ ong, được tích hợp để tăng cường độ bền vững và giảm thiểu trọng lượng. Phân tích phần tử hữu hạn (FEA) dự đoán mức giảm trọng lượng khoảng 56%, gần với mục tiêu ban đầu là 60%.
Quá trình sản xuất sử dụng công nghệ nung chảy lớp bột bằng laser (LPBF) với hợp kim nhôm AlSi10Mg. Sau đó, gương trải qua xử lý Áp lực đẳng tĩnh nóng (HIP) để giảm thiểu lỗ rỗng và tiện kim cương đơn điểm để tạo bề mặt phản xạ. Kiểm tra bằng chụp cắt lớp vi tính tia X cho thấy sự hiện diện của các lỗ rỗng nhỏ, đặc biệt là ở rìa nơi đường đi của tia laser thay đổi.
Độ nhám bề mặt đo được dưới 8 nm đối với tất cả các mẫu thử nghiệm. Các mẫu đã qua xử lý HIP cho thấy độ nhám bề mặt cao hơn một chút so với các mẫu được tiện kim cương, dẫn đến giá trị Tán xạ Tích hợp Tổng (TIS) cao hơn. Các nhà nghiên cứu dự định áp dụng lớp phủ crôm quang học trong tương lai để cải thiện chất lượng bề mặt và thực hiện kiểm tra độ linh hoạt nhiệt để đánh giá hiệu suất của gương trong điều kiện không gian.
Sự phát triển này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh nhu cầu ngày càng tăng về gương hiệu quả về chi phí, bền bỉ và nhẹ cho công nghệ CubeSat. CubeSat, với kích thước nhỏ gọn và chi phí thấp, đang ngày càng được sử dụng cho nhiều ứng dụng khoa học và quan sát Trái đất. Việc giảm trọng lượng tải trọng luôn là một thách thức đối với các nhiệm vụ này.
Các kỹ thuật sản xuất tiên tiến như in 3D cho phép tạo ra các cấu trúc lưới phức tạp, không thể sản xuất bằng các phương pháp truyền thống, giúp giảm khối lượng tổng thể mà vẫn duy trì hiệu suất cơ học. Điều này phù hợp với xu hướng chung trong ngành hàng không vũ trụ là tối ưu hóa thiết kế để giảm trọng lượng, tăng hiệu quả sử dụng vật liệu và giảm lượng khí thải CO₂.
Công nghệ nung chảy lớp bột bằng laser (LPBF) đang cách mạng hóa việc sản xuất các bộ phận kim loại phức tạp với độ chính xác cao. Quá trình này, sử dụng tia laser để nung chảy bột kim loại theo từng lớp, cho phép tạo ra các hình dạng phức tạp và bề mặt hoàn thiện mượt mà, lý tưởng cho các ngành đòi hỏi độ chính xác cao như hàng không vũ trụ. Mặc dù có những thách thức như lỗ rỗng và độ nhám bề mặt, các cải tiến liên tục trong quy trình và xử lý hậu kỳ đang mở đường cho việc ứng dụng rộng rãi hơn các bộ phận in 3D trong không gian, bao gồm cả các thành phần quang học quan trọng như gương cho CubeSat.