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3D打印技术如何在探索金星极限环境时发挥作用

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中国3D打印网6月18日讯,随着商业化太空飞行新时代的到来,美国国家航空航天局(NASA)和私人太空公司正争先登陆月球和火星,进行太空旅游和探索。尽管这是经过精心策划的计划,到2024年将宇航员降落在月球南极,到2030年将在红色星球上部署一艘载人的地面着陆器,但我们还没有从我们最接近的邻居地球的姊妹星球金星那里学到很多东西。尽管与地球有许多不同之处,但金星上的灼热条件曾经像地球一样。尽管自1980年代以来,没有着陆器冒险进入金星表面,但NASA对金星的重新兴起可能导致一项潜在的旗舰任务,以了解我们的姊妹星球是否宜居。

中国3D打印网6月18日讯,随着商业化太空飞行新时代的到来,美国国家航空航天局(NASA)和私人太空公司正争先登陆月球和火星,进行太空旅游和探索。尽管这是经过精心策划的计划,到2024年将宇航员降落在月球南极,到2030年将在红色星球上部署一艘载人的地面着陆器,但我们还没有从我们最接近的邻居地球的姊妹星球金星那里学到很多东西。尽管与地球有许多不同之处,但金星上的灼热条件曾经像地球一样。尽管自1980年代以来,没有着陆器冒险进入金星表面,但NASA对金星的重新兴起可能导致一项潜在的旗舰任务,以了解我们的姊妹星球是否宜居。


       未来要成功地探索金星表面的极端环境(浓厚的大气层会捕获太阳的热量,导致地表温度高于880华氏度(470摄氏度)),将需要能够在高温下运行的复杂电子系统。幸运的是,创建极限环境技术是Ozark集成电路公司的重中之重,该公司致力于为“坚固”的应用生产新颖的电路。这家总部位于阿肯色州的公司最近被美国国家航空航天局(NASA)选为139项通过该机构的小型企业创新研究(SBIR)计划提供后续资金的公司之一,该计划旨在开发用于高温,高密度电子产品的原型多芯片封装系统。
        此外,Ozark将与nScrypt的研究部门Sciperio和nScrypt 3D制造系统合作,创建高温电子系统,特别是RISC-V处理器,该处理器可以在金星表面长时间运行。该公司的“用于金星现场处理的极端环境系统集成技术”提案旨在以封装形式创建一个500⁰CRISC-V多芯片系统,以说明设计程序,多芯片封装和高温组件。建立高温电子系统。
           500⁰CRISC-V微处理器是金星表面几乎所有太空探索功能(如致动,环境感应和机器人运动)的基本计算基础。但是,在火箭以及其他潜在的非NASA应用(例如喷气发动机控制系统)中也发现了可以使用此计算构件的高温环境。用于飞行和武器的高超音速发动机;地热勘探(其环境与金星表面非常相似);科学实验,包括火山分析以及对生产炉的控制和监控。
         Ozark创始人兼首席执行官Matt Francis表示:“增材制造是Ozark IC应对高温的基石,我们对AM的采用和改编,尤其是nScrypt的产品,将改变游戏规则。凭借AM常见的较低成本和快速周转指标,已经实现了令人印象深刻的性能(高达800⁰C)。 nScrypt系统独特的质量和多功能性使Ozark IC能够开发新的工艺和产品,并在性能和周转时间方面取得惊人的成绩。”
Ozark选择用于高温打印的3D制造系统
  Ozark选择用于高温打印的3D制造系统(来源:nScrypt / Ozark)
         这项工作最初是由NASA SBIR第一阶段项目资助的,并将在五月初宣布的第二阶段项目中继续进行。所有第二阶段的提案都是根据其技术优势和可行性,第一阶段的结果以及提交组织的经验,资格和设施来选择的。
       Ozark在第一阶段项目中与Sciperio密切合作,将3D打印定制的高温金属迹线打印到高温基板上。根据该公司的说法,这些测试试样是在Sciperio现场使用nScrypt 3Dn 450工厂在工具(FiT)系统中打印的,该系统配备了SmartPump微点胶工具头,Keyence激光和过程中的摄像头以监控线宽及其他特征。 nScrypt的FiT系统不仅限于3D打印,还可以制造成品,而不仅仅是零件。
        Ozark甚至表示将购买由nScrypt开发的自己的3Dn-Tabletop系统,该系统还配备了SmartPump工具头和用于保形印刷的表面测绘激光器。Ozark的专长是将集成电路,封装和布线整合到一个可以在恶劣环境下使用的模块中,并且高温多芯片封装和Ozark的设计工具显着扩展了可以在高温下运行的电子系统的复杂性。nScrypt和Sciperio的首席执行官Ken Church表示:“ Ozark IC在极端温度的电子产品方面做得很棒。我们的高精度3D制造系统非常适合其应用,nScrypt研究部门Sciperio的工程专业知识正在帮助他们跨越终点线。”

       第二阶段的奖项将为位于31个州的124家小型企业提供约1.04亿美元的奖励。 NASA每年都会通过有前途的新技术投资美国的小型企业,这些新技术可以使太空飞行任务受益,并改善地球上的生活。
      “小型企业提供使NASA各个领域受益的创新解决方案,并且经常在机构外找到应用程序。” NASA华盛顿空间技术任务局副局长Jim Reuter说,“这项宣布是NASA的“月球至火星”探索方法又迈出的一步。该机构将继续投资并支持小型企业,因为它们会继续为未来的任务开发重要的技术,这些技术也可以使我们在地球上受益。”
         在去年5月宣布入选2019年SBIR计划第二阶段的公司时,NASA指出,这些奖项将有助于推进NASA的优先事项,包括Artemis计划以及航空,人类探索与运营,科学和太空领域的其他倡议技术。入选的公司是以前的NASA SBIR第一阶段获奖者,他们已经成功确立了其拟议技术的可行性。作为第二阶段的获奖者,这些公司将开发,演示并将其技术交付给NASA。
        NASA SBIR计划执行官Jenn Gustetic表示:“我们从这些公司在第一阶段的工作中所见到的创造力和创造力感到鼓舞。我们还努力减少选定的公司等待其第一期II期付款的时间,因为我们知道目前我们的航空航天研究与开发公司获得资金的关键。他们的技术在NASA内外的应用前景广阔,我们期待下一轮加速种子资金的使用。”

      Ozark已使用SBIR / STTR资金来开发其技术,目前,其其他几条产品线的工作温度分别为200⁰C和250⁰C,正在进入制造阶段(第三阶段)。

       中国3D打印网点评:由于大气压力惊人,温度不断升高,最高可达华氏900度,所以金星并不是最容易进行探测和探索的地方。短短几个小时后,航天器的电子设备开始失效,因此任何着陆任务的寿命都会缩短。实际上,1970年代来自美国和俄罗斯的探测任务在到达金星的表面后,最多可以传送一个小时的数据。 2006年,欧洲航天局的金星快车在金星南极发现了奇怪的大气特征,并且发现了延伸到地面上方100公里的云层。
       太空探索需要能够在高温和岩石地幔下运行的复杂电子系统,尤其是在NASA对金星重新燃起兴趣的情况下。与金星与地球环境不同,许多专家认为,来自行星的数据可以帮助我们了解我们自己的大气层,并且随着Ozark准备开发用于高温,高密度电子系统的原型多芯片封装,持续时间长,金星的近距离探索可能成为现实。


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