Brigham Young biträdande professor Brian Iverson och doktoranden Rydge Mulford har samarbetat med NASA-teknologen Vivek Dwivedi för att främja designen av en tredimensionell, hopfällbar kylare, inspirerad av konsten att vika papper. Fortfarande tidigt i sin utveckling, Iverson och Mulford experimenterar med olika former för att avgöra vilken konfiguration som skulle fungera bäst som en radiator. Kredit:Brigham Young University
Japans gamla konst med pappersvikning har inspirerat designen av en potentiellt banbrytande "smart" radiator som en NASA -tekniker nu utvecklar för att ta bort eller behålla värme på små satelliter.
Vivek Dwivedi, en teknolog vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, har samarbetat med ett par forskare vid Brigham Young University i Utah för att främja en okonventionell radiator som skulle vikas och fällas ut, ungefär som pappersstrukturerna med V-spår skapade med origami, konsten att förvandla ett platt papper till en färdig skulptur.
Under partnerskapet, Brigham Young University biträdande professor Brian Iverson och doktoranden Rydge Mulford utvecklar designen av en tredimensionell, hopfällbar kylare, medan Dwivedi utvecklar en beläggning för att förbättra radiatorns värmeavlednings- eller konserveringsförmåga.
Denna nya radiator styr hastigheten för värmeförlusten genom att utföra formskiftande manövrar. De resulterande topografiska förändringarna kan uppnås med temperaturkänsliga material som muskeltråd eller formminneslegeringar. Eftersom temperaturkänsliga material upplever en temperaturförändring - orsakad av rymdfarkostelektronik eller absorption av värme från jorden eller solen - kan radiatorn automatiskt ändra sin form för att antingen avge eller spara värme.
Ju djupare veck eller hålrum är, ju större absorption, förklarade Mulford, och tillägger att forskare har undersökt användningen av kaviteter för att påverka värmeförlusten i nästan 100 år, men ingen har närmat sig utmaningen på det här sättet. "Origami låter dig ändra djupet på dessa håligheter i realtid, därigenom ändrar värmeförlusten från en yta i realtid, " han sa.
Teknolog Vivek Dwivedi, som står framför en förstoftningsreaktor som används för att avsätta vanadinoxid på provsubstrat för testning, samarbetar med forskare från Brigham Young University för att utveckla en radiator som är idealisk för små rymdfarkoster. Kredit:NASA/W. Hrybyk
Ett steg längre
Laget, dock, vill ta konceptet ett steg längre.
Dwivedi, under tiden, arbetar för att utveckla en mycket emitterande beläggning huvudsakligen gjord av vanadinoxid, en övergångsmetalloxid. Dwivedis idé är att sedan applicera den speciella beläggningen på origami -radiatorn. Han undersöker också dess potentiella användning på andra rymdskeppskomponenter, inklusive solpaneler.
Vid testning, vanadin-oxid har visat att den övergår från en halvledare till ett metalltillstånd när den når 154 grader Fahrenheit. Övergången orsakar en ökning av emissiviteten, sa Dwivedi. Eftersom satelliter stöter på väldigt varierande temperaturförändringar i omloppsbana, Dwivedis mål är att sänka övergångstemperaturen.
I samarbete med Raymond Adomaitis, en professor vid University of Maryland i College Park, Dwivedi planerar att sänka övergångstemperaturen genom att applicera mycket tunna filmer av silver och titan på vanadinoxiden med hjälp av sputtering och en teknik som kallas atomskiktsavsättning, eller ALD. ALD utförs i en toppmodern reaktor utvecklad av både Dwivedi och Adomaitis. Med ALD, ingenjörer kan bokstavligen applicera atomstora lager av olika material på intrikat formade strukturer-ungefär som hur en kock lagrar olika ingredienser för att göra en panna med lasagne.
Första kombinationen
"Kombinationen av origami och en vanadinoxidbaserad beläggning skulle vara första gången två olika enheter med variabel emissivitet har kombinerats till en struktur, " sa Iverson. Genom att kombinera båda teknologierna, teamet tror att det kan skapa en mindre, mer effektiv kylare idealisk för användning på CubeSats, små rymdfarkoster som växer i popularitet på grund av deras relativt låga kostnad. En sådan radiator, Iverson sa, kunde enkelt fästas på vilken rymdfarkostsyta som helst där värme behövde avvisas.
Även om det var tidigt i utvecklingen, origami radiatorn kunde inte komma för tidigt, speciellt för användning på CubeSats. Traditionella radiatorer är vanligtvis platta och tunga, inte låna sig till installation på en satellit som mäter så lite som fyra tum på en sida.
"Det här tillvägagångssättet har potentialen att vara en spelförändring inom termisk design, "Dwivedi sa. "Vårt mål är att ersätta traditionella radiatorer med dynamiska, period."
