增材制造的卫星

文档序号:1870327 发布日期:2021-11-23 浏览:16次 >En<

阅读说明:本技术 增材制造的卫星 (Additive manufactured satellite ) 是由 R·W·阿斯顿 C·D·乔伊 N·M·哈斯特斯 N·D·舍恩博恩 R·E·齐尔兹 A·夏尔 于 2021-03-16 设计创作,主要内容包括:增材制造的卫星。公开了一种卫星,包括主体和附接到主体的通信装置。主体具有至少部分地形成封闭隔室的增材制造的外壁结构,并且通信装置被配置为在太空中接收和发送数据。(An additive manufactured satellite. A satellite is disclosed that includes a body and a communication device attached to the body. The body has an additive-manufactured outer wall structure at least partially forming an enclosed compartment, and the communication device is configured to receive and transmit data in space.)

增材制造的卫星

技术领域

本发明涉及增材制造的卫星。

背景技术

对于诸如卫星的航天器,太空是充满敌意的环境。除了破坏性辐射、轨道碎片撞击和发射的极端载荷的危险,热管理尤其具有挑战性。许多航天器由诸如夹层结构面板的多个复合材料零件构造而成,其被紧固在一起。这种构造可坚固且轻便。然而,这些复合零件具有高热阻抗,并且对于制造和组装均昂贵且劳动密集。对于有效载荷特定的特征(例如,设备安装架),定制航天器的设计和生产缓慢且昂贵。

作为一种以相对低的成本快速生产的方法,增材制造(AM)在许多行业中迅速得以流行。AM(有时称为三维(3D)打印)可用于通过递增地构建对象来从3D模型创建实体对象。AM通常施加原料,然后将原料选择性地接合或熔融以创建期望的对象。通常按层施加原料,其中各个层的厚度可取决于所使用的特定技术。

原料常常是颗粒或粉末形式,作为层施加,然后通过热源选择性地熔融。在许多情况下,这种材料的床的上表面被熔融,然后使生长工件略微降低到床本身中。然后将新的一层原料施加到床,并且下一层被熔融到前一层上。例如,颗粒状原料可包括热塑性聚合物、金属粉末、金属合金粉末或陶瓷粉末,其可使用计算机控制的热源(例如,扫描激光或扫描电子束)来熔融。示例性方法包括选择性激光熔化(SLM)、直接金属激光烧结(DMLS)、选择性激光烧结(SLS)、熔融沉积成型(FDM)和电子束熔化(EBM)等。

用于减材制造或复合层压构造的传统零件设计对于AM而言可能效率低下或者甚至不可行。根据所使用的工艺和材料,无支撑的特征可能坍塌,精细特征可能呈现得不够清晰,和/或可能出现翘曲和开裂。需要新的航天器设计以在利用生产速度、成本降低益处和设计自由度的同时补偿AM的局限性和功能差异。

发明内容

本公开提供了与诸如卫星的增材制造的航天器有关的系统、设备和方法。在一些示例中,卫星可包括主体和附接到主体的通信装置。主体可具有至少部分地形成封闭隔室的增材制造的外壁结构,并且通信装置可被配置为在太空中接收和发送数据。

在一些示例中,卫星可包括具有增材制造的外壁结构的壳体、连接到壳体的通信装置以及连接到壁结构的分离装置。通信装置可被配置为在太空中接收和发送数据,并且分离装置可被配置为在发射阶段期间将壳体安装并承载在发射载具内部,随后在发射阶段之后使壳体从发射载具释放。

在一些示例中,一种制造卫星的方法可包括:打印壁面板,壁面板被配置为形成卫星的外壁结构的一部分;以及组装包括壁面板的卫星的外壁结构。该方法还可包括将通信装置安装到外壁结构,通信装置被配置为在太空中接收和发送数据。

特征、功能和优点可在本公开的各种示例中独立地实现,或者可在其它示例中组合,其更多细节可参照以下描述和附图看到。

附图说明

图1是根据本公开的各方面的例示性卫星的示意图。

图2是图1的卫星的框图。

图3是例示性增材制造的卫星的等轴视图。

图4是图3的卫星的分解等轴视图。

图5是图3的卫星的设备面板的等轴俯视图。

图6是图5的设备面板的特写剖视图。

图7是图3的卫星的散热器面板的等轴剖视图。

图8是图7的散热器面板沿着线7-7的横截面图。

图9是图3的卫星的基础面板的等轴俯视图。

图10是图9的基础面板的等轴仰视图。

图11是图9的基础面板沿着平面AA截取的剖视图。

图12是图9的基础面板沿着平面BB截取的另一剖视图。

图13是描绘了增材制造的例示性方法的步骤的流程图。

图14是例示性增材制造设备的示意图。

图15是描绘了根据本教导的增材制造航天器的例示性方法的步骤的流程图。

具体实施方式

下面描述并在相关附图中示出诸如卫星的增材制造的航天器以及相关设备和方法的各种方面和示例。除非另外指明,否则根据本教导的航天器和/或其各种部件可(但不要求)包含本文中所描述、示出和/或包含的结构、部件、功能和/或变型中的至少一个。此外,除非具体地排除,否则本文中结合本教导描述、示出和/或包含的工艺步骤、结构、部件、功能和/或变型可被包括在其它类似装置和方法中,包括可在所公开的示例之间互换。各种示例的以下描述本质上仅是例示性的,绝非旨在限制本公开、其应用或用途。另外,下面描述的示例所提供的优点本质上是例示性的,并非所有示例均提供相同的优点或相同程度的优点。

本具体实施方式包括紧跟在下面的以下节:(1)概述;(2)示例、部件和替代方案;(3)例示性组合和附加示例;(4)优点、特征和益处;以及(5)结论。“示例、部件和替代方案”节被进一步分成A至D小节,各个小节相应地标记。

概述

通常,根据本教导的航天器可包括增材制造的主要结构。主要结构也可被称为主体、壳体、壁结构和/或框架。主要结构可被描述为航天器的那些被设计为将载荷通过航天器传递到发射载具和/或部署系统的接口并且为有效载荷和关联的设备或部件提供附接点的部件。主要结构也可被描述为提供从航天器部件到发射载具接口的最直接且高效的载荷路径的主承载元件。航天器的示例可包括(但不限于)人造卫星、空间站、载人航天器和/或星际探测器。

航天器的主要结构的增材制造可允许航天器的设计灵活性,以及减少生产周期时间、接触人工、成本和生产后测试。在一些示例中,主要结构可包括多个增材制造的面板。面板可根据期望的功能符合标准设计,和/或可包括定制的特征。例如,一个或更多个面板可被配置用于被动热管理和排热。又如,一个或更多个面板可被配置用于辐射屏蔽,一个或更多个面板可被配置用于结构载荷支撑,和/或一个或更多个面板可被配置用于支撑有效载荷设备。

主要结构可被配置用于以有限牺牲材料或无需牺牲材料(可被称为辅助支撑)进行增材制造。更具体地,各个面板的特征可被配置用于在没有辅助支撑的情况下打印,以最小化或消除浪费的材料和去除支撑的人工。各个面板可被增材制造或打印成单个统一结构。面板也可被描述为整体的。传统制造的航天器中在制造之后从主要结构分离或添加到主要结构的结构和/或特征可被集成到打印的面板中。例如,紧固件孔、辐射点屏蔽、局部增强或加劲、访问点和/或设备安装架可作为整体面板结构的一部分打印。

主要结构的面板可被设计用于在所选增材制造设备或打印机中同时打印。在一些示例中,卫星的辅助结构和/或设备也可增材制造。例如,推进剂箱、推进器支架和/或通信天线可增材制造。

示例、部件和替代方案

以下各节描述了示例性增材制造的航天器以及相关系统和/或方法的所选方面。这些节中的示例旨在例示,不应被解释为限制本公开的整个范围。各节可包括一个或更多个不同的示例和/或上下文或相关信息、功能和/或结构。

A.例示性卫星和关联的方法

本文所公开的示例可在例示性卫星发射方法(参见图1)和例示性卫星100(参见图1和图2)的上下文中描述。如上所述,卫星100是航天器的示例。在本示例中,该方法包括三个阶段:发射阶段20、分离阶段30和部署阶段40。发射阶段20可包括:使用发射载具124将卫星100从诸如地球的行星体120运输到外太空122(也可被称为太空)。在一些示例中,发射载具124可以是火箭动力载具。在地球的背景下,外太空可以是超出卡门线的区域。分离阶段30可包括:一旦实现期望的位置、轨迹和/或轨道,将卫星100从发射载具124分离。部署阶段40可包括:准备卫星100以便于操作,例如与行星体120上的控制器建立通信、延伸太阳能面板或仪器臂和/或相对于行星体操纵为期望的取向。在一些示例中,该方法还可包括设计、生产和/或投入使用阶段。

发射方法的各个过程可由系统集成商、第三方和/或运营商(例如,客户)执行或实现。出于本描述的目的,系统集成商可包括(不限于)任何数量的航空制造商和主系统分布式;第三方可包括(不限于)任何数量的卖方、分包商和供应商;运营商可以是电信公司、租赁公司、军事实体、服务组织等。可在卫星发射方法的任一个或更多个阶段期间采用本文中示出或描述的设备和方法。

如图2所示,卫星100可包括与多个卫星系统的总线102、有效载荷104以及分离系统106或分离装置。多个系统的示例包括主要结构108(例如,主体)、推进系统110、电力系统112、热管理系统114、辐射屏蔽系统116和通信系统118或通信装置中的一个或更多个。根据所涉及的功能,各个系统可包括诸如控制器、处理器、致动器、执行器、电机、发电机等的各种子系统。可包括任何数量的其它系统。尽管示出了无人人造卫星示例,但是本文所公开的原理可应用于其它航空载具和技术,例如发射载具、空间站、载人航天器和/或星际探测器。

B.例示性增材制造的卫星

如图3至图12所示,本节描述了例示性增材制造的卫星200。如上所述,卫星200是增材制造的航天器的示例。如图3中最清楚地示出的,卫星200通常为立方体形状,并且可被描述为立方体卫星和/或微卫星。卫星包括如上所述形成卫星的主要结构的主体210,并且如示例A中所述是主要结构108的示例。主体210也可被描述为壳体。

主体210由紧固在一起的多个增材制造的壁面板212组成。壁面板212可被描述为卫星的外壁结构。在所描绘的示例中,主体210的宽度介于大约10到30英寸(250到800毫米)之间。在一些示例中,主体的宽度可介于大约16到20英寸(400到500毫米)之间。

在本示例中,卫星200被设计为紧密复制现有卫星设计的规格。这种复制可允许发射和飞行控制、有效载荷配置等的现有方法与卫星200一起使用,从而方便传统制造的卫星的快速实现和/或更换。在一些示例中,卫星200可独立于传统制造的卫星几何形状或规格来设计,以便与更新的和/或新的方法、有效载荷等一起使用。

如图3所示,分离系统214、太阳能面板216和板天线218被安装到主体210。分离系统214是如示例A中所述的分离系统106的示例,并且还可被描述为发射载具接口环。分离系统被配置为在发射期间充当卫星200与火箭动力载具之间的仅有连接,然后方便卫星从载具断开。在所描绘的示例中,分离系统214是诸如夹圈或机动光带(MLB)的带式分离系统。在一些示例中,卫星可采用诸如分配器式Quadpack或Canisterized卫星分配器(CSD)的其它分离系统。

如示例A中所述,太阳能面板216被配置为向卫星200供应电力并与卫星的电气系统(例如,电力系统112)集成。根据期望的功能,电气系统还可包括一个或更多个电池、控制器、变压器、开关、印刷电路板、布线等。电气系统可向一个或更多个卫星系统和/或有效载荷设备供电。

板天线218被配置为与卫星的通信系统协作在太空中发送和接收数据。通信系统如示例A中所述是通信系统118的示例。根据期望的功能,通信系统可包括一个或更多个处理器、编码器、调制器、发送器、接收器、数据存储装置、附加天线等。在一些示例中,除了或代替板天线218,卫星200的通信系统可包括增材制造的天线。例如,通信系统可包括如美国专利公开No.2019/0291186A1中所公开的天线,其整体通过引用并入本文。

图4是卫星200的分解图。如所示,主体210的壁面板212包括设备面板300、四个散热器面板400和基础面板500。设备面板也可被描述为顶面板或前面板,基础面板也可被描述为底面板或后面板。在本示例中,壁面板212被成形用于立方形卫星。换言之,各个面板的形状近似为正方形。在一些示例中,面板可具有适合于其它卫星设计的其它形状。例如,面板可具有三角形、五边形或不规则形状。

壁面板212被组装到主体210中,从而形成封闭内部隔室220。卫星和有效载荷设备可被容纳在封闭隔室中,安装到壁面板212并由壁面板212保护。各个壁面板被配置为用作主体的结构部件,并且壁面板被组装,使得主体210上的载荷在面板之间有效地传递。在本示例中,壁面板212通过四个角柱222直接地紧固在一起。

散热器面板400通过角柱222间接紧固在一起。散热器面板被直接紧固到设备面板300和基础面板500中的每一个。如下面进一步讨论的,参照图5和图9,设备面板和基础面板各自包括被配置为与散热器面板交叠的侧壁。穿过侧壁和散热器面板中对准的孔延伸的紧固件将面板固定在一起。

角柱222是细长构件,各自从基础面板500的角延伸到设备面板300的对应角。柱也可被描述为支架或夹子,并且具有直角或L形横截面。柱的形状与角铁相似,并且各自具有两条腿。在所描绘的示例中,角柱被增材制造。

各条腿包括布置成一条线的多个孔,被配置为与散热器面板400之一中的多个对应孔对准,使得延伸穿过对准的孔的紧固件将面板固定到角柱。各个角柱222与在对应角相遇的一对散热器面板400交叠。各个角柱设置在散热器面板的内部以及基础面板500和设备面板300的外部。

为了减少不必要的重量和材料,角柱222的大多数腿根据孔的位置有缺口或凹陷。在需要附加结构强度或载荷容差的情况下,角柱可具有实心和/或增强的腿。在本示例中,太阳能面板216安装在两个散热器面板400相遇的主体210的角处,靠近角柱222之一。太阳能面板可被紧固到角柱和散热器面板。为了改进的支撑,角柱包括实心、无凹陷的腿。

在一些示例中,所有壁面板212可被直接紧固在一起。然而,使用诸如角柱222的一个或更多个结构部件可方便在卫星200的组装期间移除一个或更多个壁面板212(例如,允许将有效载荷设备安装在封闭内部隔室220中)。这些结构部件可被增材制造,以便所有主体210可快速且灵活地设计和生产。

如图4所示,卫星200还包括推进系统224。在所描绘的示例中,推进系统包括推进剂箱226和安装在支架228中的四个推进器。推进系统还可包括调节器、阀、进料系统等。根据期望的功能。推进剂箱226被配置为存储化学推进剂(例如,肼)。推进剂箱和支架228二者均增材制造并且由激光烧结钛合金组成。在一些示例中,卫星200可被配置用于诸如电喷雾、霍尔效应推进器或离子发动机的替代推进技术。

在发射时,推进剂箱226和存储的推进剂可表示卫星200的重量的相当大一部分。因此,在发射期间推进剂箱可生成显著的垂直载荷。因此,推进剂箱226与分离系统214相对并与分离系统214轴向对准安装到基础面板500。基础面板被配置为将载荷从推进剂箱高效地传递到分离系统和发射载具,如下面参照图11进一步讨论的。

在所描绘的示例中,壁面板212各自包括激光烧结的铝合金并且使用直接金属激光烧结(DMLS)来打印。这种金属合金可提供有利的强度重量比。通常,面板可包括具有适合于卫星的性质(例如,强度、刚度和重量)的任何材料,并且可通过任何有效的增材制造方法来制造。例如,壁面板可利用熔融沉积成型(FDM)从聚合物生产,或者可利用电子束熔化(EBM)从钛合金生产。

各个壁面板212是整体的。即,各个面板作为单个单元打印。各个面板可按垂直于构建轴的一系列层打印。构建轴可由在打印期间面板相对于打印机或其它增材制造设备的取向限定。

一些或所有壁面板212可被配置用于同时打印。更具体地,所选子集的面板可被设计用于以允许该子集的面板在单次沉积中打印的构建轴和/或覆盖区来打印。在本示例中,所有四个散热器面板400可在单个沉积或打印循环中打印。在一些示例中,主体210的所有部件可被设计用于在一个打印机上在所选次数的顺序沉积中打印。例如,在同一打印机上,散热器面板400可在第一沉积中打印,设备面板300和角柱222可在第二沉积中打印,基础面板500可在第三沉积中打印。

各个壁面板212可包括一个或更多个定制的结构特征242。定制的特征可根据卫星的有效载荷和/或操作设备的安装、连接、屏蔽和/或视野因子要求以及发射方法、重量约束或任何其它相关考虑而变化。壁面板212的增材制造可方便这些定制的特征,从而允许针对所生产的各个卫星快速且廉价地修改标准化设计。

设备面板300被配置为在发射和操作期间支撑和屏蔽设备(未描绘)。设备可包括诸如传感器、光学器件和数据处理器的有效载荷设备,和/或可包括诸如电气和通信系统的卫星设备。设备面板可用作设备的结构支撑,其中设备被紧固或以其它方式安装到该面板。设备面板还可屏蔽卫星设备免受诸如太阳风和宇宙射线的太空辐射影响。该面板可被配置为根据卫星的预期轨道和/或所屏蔽的设备的辐射容差来阻挡辐射。即,该面板可阻挡足够的辐射以将卫星内部的辐射水平降低到所安装设备的安全水平。例如,在用于非辐射硬化电子设备的低地球轨道中,该面板可至少阻挡0.5至1兆拉德辐射/年。又如,在用于辐射硬化电子设备的地球同步轨道中,该面板可至少阻挡大约500兆拉德/年。

散热器面板400被配置为用作卫星200的被动热管理。面板的整体金属夹层结构可允许热从安装在内部隔室220中的设备传导到面板的外表面并被辐射到太空中。在一些示例中,散热器面板可被配置为以至少5瓦/平方英尺、20至40瓦/平方英尺和/或至少50瓦/平方英尺的速率辐射热。热辐射或热耗散的速率可根据安装在卫星中的设备的热生成性质来调整和/或特制。散热器面板还可被配置为充当辐射屏蔽和/或微流星体和轨道碎片(MMOD)屏蔽。在一些示例中,散热器面板可被集成到卫星的热管理系统中,包括诸如热管、冷板和/或热电冷却器的被动和/或主动热管理。

基础面板500被配置为支撑来自设备面板300和散热器面板400以及安装在面板上的设备的垂直载荷。基础面板被配置用于连接到分离系统214并将载荷从主体210通过分离系统传递到发射载具。基础面板500还被配置为支撑推进系统224(包括推进剂箱226和推进器支架228)。

各个壁面板212根据卫星200的设备和系统来配置和定位。即,各个面板的设计和位置可根据安装到面板和/或与面板相邻的特定设备的性质或要求、诸如推进和通信的卫星系统的结构或取向要求和/或发射和操作期间的预期条件来选择。例如,在所描绘的示例中,设备面板300位于卫星200的顶侧,与分离系统214相对,以使面板与发射轴对准。又如,设备面板300可位于卫星200的预期面朝太阳的一侧,以便屏蔽辐射敏感设备免受太阳风影响。

图5是设备面板300的外侧的等轴视图。该面板包括覆面板330,其通常为正方形和平坦的,并且也可被描述为板。覆面板330具有第一侧面333、第二侧面335和四个线性外边缘。加劲结构336在面板的外侧332从覆面板的第一侧面333延伸。

在本示例中,大多数加劲结构336形成等边三角形340的栅格。加劲结构也可被描述为形成等边三角形的阵列。覆面板330和加劲结构336一起可被描述为等栅格或等栅格面板。通常,加劲结构336可形成适合于设备面板300的期望刚度的任何图案。例如,加劲结构可形成矩形栅格和/或可形成密度变化的栅格以允许位置变化的刚度。因为对于增材制造而言更高效,加劲结构336的一些图案可能是优选的,如下面参照图6进一步描述的。

除了定制的结构特征242之外,覆面板330的未描绘的内侧可平坦。将加劲结构定位在覆面板的外侧可方便将设备安装到内侧并增加卫星内部的可用空间。

在所描绘的示例中,设备面板300的定制的结构特征242包括多个螺纹紧固件孔344、流体交换连接346、外部安装凹陷348和星形跟踪器观察窗口350。本示例中未包括的其它可能的定制结构特征包括电连接、太阳能面板和/或天线安装架以及与通信阵列匹配的孔图案。定制的结构特征242可被构建到覆面板330和/或加劲结构336中。例如,流体交换连接346包括穿过覆面板330的孔和对加劲件336的修改以限定接纳密封件的凹陷。

四个侧壁338从覆面板330的外边缘延伸,其包括多个紧固件孔352。在本示例中,当设备面板300被组装到卫星的主体中时,侧壁朝着卫星的内部延伸。侧壁338被配置为方便设备面板300连接到卫星主体的其它面板。简要返回参照图4,各个侧壁与散热器面板400之一交叠,接触面板的内侧,使得紧固件孔352与打印在散热器面板中的对应孔对准。延伸穿过对准的孔的紧固件组件将两个面板固定在一起。

在设备面板300的两个侧壁338相遇的角处,两个侧壁中的每一个略微偏离平坦以形成角凹陷374,这可在图5中更清楚地看到。各个角凹陷374被配置为接纳角柱222之一的端部。如上面参照图4讨论的,角柱被接纳在侧壁338与散热器面板400之间。角凹陷374允许侧壁338也直接没有间隙地接触散热器面板。

类似于角柱222,侧壁338具有带缺口的边缘以允许紧固件孔352相对于覆面板330的期望位置,同时使设备面板300的材料和重量最小化。在一些示例中,除了或代替侧壁338,设备面板300可包括其它连接特征。例如,代替侧壁338,卫星可包括四个水平取向的角柱。

图6是设备面板300的局部剖视图,更详细地示出加劲结构336。加劲结构336可被描述为等栅格凸缘加劲件和/或T字梁。与覆面板330组合,加劲结构可被描述为形成工字梁和/或可被描述为带凸缘的等栅格面板。加劲结构包括腹板部分或腹板360和凸缘部分或盖362。

腹板360从覆面板330的外侧332垂直于覆面板延伸。盖362在腹板360上居中,通过腹板与覆面板330间隔开,并且平行于覆面板延伸。盖也可被描述为从腹板360的远端在两个相反方向上延伸。腹板360和盖362各自大致为平面和/或板状,并且线性延伸以形成三角形340的栅格。在栅格的交点处,腹板和盖可被描述为形成具有圆形和/或六边形形状的节点。

在一些示例中,加劲结构336可具有替代几何形状。例如,加劲结构可仅包括腹板360,或者盖362可从腹板的远端仅在一个方向上延伸。因为以最小的附加重量提供刚度,所描绘的加劲结构的工字梁几何形状可为优选的。

加劲结构336可被配置用于在不使用辅助支撑的情况下打印。腹板和盖的线性部分和节点二者可被配置用于在不使用牺牲或辅助支撑的情况下打印。更具体地,加劲结构336的所有表面可相对于设备面板300的构建轴364取向,使得加劲结构可在没有辅助支撑的情况下打印。例如,加劲结构的腹板360、盖362和总图案可相对于构建轴364形成不超过45度的角度。等边三角形340的栅格可方便该取向,其中诸如正方形的其它图案可能不具有符合该角度要求的取向。

可调整加劲结构336的尺寸以实现设备面板300的期望刚度。腹板360具有深度366并且盖362具有宽度368。在本示例中,腹板深度366介于大约0.1到0.3英寸之间,盖宽度368介于大约0.25到0.75英寸之间。等边三角形340的栅格中的各个三角形具有边长370。在本示例中,边长370介于大约1到5英寸之间。

变化盖宽度368可更改加劲结构的惯性矩,从而更改设备面板的刚度。变化三角形边长370可更改覆面板330上的加劲结构336的密度,从而更改设备面板的刚度。

还可调整设备面板300的厚度以实现期望的面板性质。覆面板330具有厚度372。在本示例中,腹板360和盖362各自具有与覆面板330相同的厚度(介于大约0.05到0.125英寸之间)。此范围可为典型的卫星设备提供足够的辐射屏蔽而不会增加不必要的重量。适当厚度可至少部分地取决于覆面板330的材料。在一些示例中,腹板和盖可具有不同的厚度。

在本示例中,遍及设备面板300,尺寸深度366、宽度368、长度370和厚度372中的每一个恒定。在一些示例中,这些尺寸中的一个或更多个可在整个面板上变化,以实现面板的性质的局部或目标变化。例如,面板的区域可具有减小的长度370和增大的宽度368以提供支撑靠近该区域安装的特别庞大的设备所需的附加刚度。又如,面板的区域可具有增大的厚度372以为辐射特别敏感的设备提供附加屏蔽。

图7和图8是散热器面板400的剖面图。以下描述可被理解为适用于四个散热器面板中的任一个。散热器面板400是增材制造的桁架面板的示例,并且包括通过桁架结构414连接的第一蒙皮410和第二蒙皮412。散热器面板可被描述为整体夹层结构。如下面进一步描述的,各个蒙皮和桁架结构可根据散热器面板400的期望性质来成形、特征化和/或配置。

将蒙皮410、412和桁架414制造成统一金属结构可通过去除传统制造的夹层面板中使用的粘合材料所导致的阻抗来改进面板的热性能和排热。特别是,铝合金可提供有效的热辐射和/或排热。这些热性质可特别有利于太空环境中的热管理。

在本示例中,散热器面板400大约为半英寸厚。蒙皮410、412中的每一个为平面并且具有外表面418和内表面420。第一蒙皮410平行于第二蒙皮412。在本示例中,各个蒙皮始终具有均匀的厚度,并且具有大约0.02英寸的相同厚度。在一些示例中,一个或两个蒙皮的厚度可变化,和/或一个蒙皮可具有比另一个大的厚度。

蒙皮410、412中的每一个的外表面418包括加劲纹理419。该纹理是在外表面上除了被散热器面板的定制特征打断的地方之外的规则的重复图案。例如,定制特征可包括用于太阳能面板安装支架的凹陷、与角柱或其它面板对应的紧固件孔、用于板天线的窗口等。在本示例中,加劲纹理419是线性部分的正方形栅格,在线性部分的各个交点处包括圆形部分。纹理从外表面418凸起,但不悬于表面。因此,纹理可改进蒙皮410、412的刚度而不会降低辐射效率或在散热器面板400上创建光阱。

桁架结构414包括在节点426之间延伸的多个桁架构件424。如图8所示,各个桁架构件在第一蒙皮410的内表面420上的节点与第二蒙皮412的内表面上的节点之间延伸。各个桁架构件424为近似圆柱形形状。

桁架结构414包括芯结构的阵列。各个芯结构可包括根据任何适当几何形状布置的桁架构件424的框架。芯结构的几何形状可在散热器面板400上均匀,或者可根据面板中的位置而变化。例如,芯结构可根据散热器面板400的预期非均匀载荷而变化。芯结构可按栅格、重复图案和/或以有效方式布置。

在一些示例中,芯结构可以是方框框架。这种框架可包括四对十字交叉的圆柱形桁架构件,各个桁架构件在蒙皮410、412之间对角延伸。在所描绘的示例中,芯结构是按栅格布置的金字塔框架434。各个芯金字塔434包括四个桁架构件424。

如图8所示,各个桁架构件424从单独的基础节点438延伸到单个公共上节点440。基础节点438设置在正方形的角处,并且各个芯金字塔434可被描述为具有在第一蒙皮处的底座和在第二蒙皮处的顶点。另选地,桁架结构414的桁架构件424可被视为属于各自具有在第二蒙皮处的底座和在第一蒙皮处的顶点的芯金字塔的阵列。散热器面板400可相应地对载荷具有对称响应。

在本示例中,桁架结构414还包括在第一蒙皮410和第二蒙皮412的内表面420上的多个三角形加劲件428。在本示例中,各个加劲件具有大约0.04英寸的最大厚度或者蒙皮410、412的厚度的两倍。加劲件428的最大厚度也近似等于桁架构件424的直径。

各个节点426位于加劲件处,并且散热器面板400包括芯金字塔434的棋盘格图案和加劲件428的偏移栅格图案。第一蒙皮410没有间隙或交叠地被芯金字塔的阵列覆盖,各个芯金字塔的底座沿着第一蒙皮410的加劲件428与相邻芯金字塔的底座相遇。

加劲件428可改进蒙皮410、412的结构性质(例如,刚度和屈曲稳定性),并且可加强桁架构件424与蒙皮之间的连接。包括加劲件可允许蒙皮的厚度减小而不会牺牲期望的结构性质。

散热器面板400具有平行于蒙皮410、412延伸的主轴422以及垂直于主轴和蒙皮的副轴430。在本示例中,主轴422也是散热器面板400的构建轴。换言之,打印面板,使得主轴422与增材制造设备的构建方向对准。由于主轴422平行于蒙皮410、412,所以蒙皮可被描述为垂直地打印。第一蒙皮410和第二蒙皮412的外表面418和内表面420中的每一个可贯穿打印在构建方向上延伸。

这种取向可允许蒙皮在没有辅助支撑的情况下以良好的表面光洁度和有限的翘曲打印。这种取向还可减小散热器面板400的覆盖区尺寸并且允许多个面板在单次沉积运行中同时打印。

加劲件428和芯金字塔434被配置为在打印散热器面板400期间自支撑。更具体地,加劲件的三角形横截面形状被成形和取向为允许自支撑,并且芯金字塔的桁架构件424各自以选择为允许自支撑的角度延伸。如图8所示,加劲件428的三角形横截面形状的各侧相对于副轴430以加劲件角度432延伸。角度432可为至少35度。在所描绘的示例中,角度432为大约40度。

图8中还示出桁架构件424与副轴430之间的第一桁架角度442。第一桁架角度442位于由散热器面板400的主轴和副轴限定的平面中。在垂直于主轴但包括副轴的平面中在桁架构件424与副轴430之间还限定第二桁架角度(未示出)。各个桁架角度可为至少35度且不超过50度。35度或更大的角度可允许桁架构件在没有辅助支撑的情况下打印。另一方面,不超过50度的角度可确保由桁架构件形成的桁架足够坚固。在本示例中,芯金字塔434具有正方形底座,结果,第一和第二桁架角度相等。在本示例中,桁架角度各自为40度。

各个芯金字塔434也可根据散热器面板400的期望的结构性质来配置。例如,可增大或减小第一和/或第二桁架角度以将面板调整为期望的刚度。又如,各个桁架构件424的直径可被增大以改进面板强度或者被减小以减小总面板重量。

图9和图10分别示出基础面板500的内侧510和外侧512。当基础面板被组装到卫星中时,内侧510面向卫星的封闭内部隔室,外侧512面向外部环境。

基础面板500包括内蒙皮514、外蒙皮516和四个侧壁518。内蒙皮和侧壁限定基础面板的正方形形状,而外蒙皮具有大致波状十字形状或x形状。内蒙皮514具有类似十字形主部分520和四个凸起的角部分522。内蒙皮514和外蒙皮516在外蒙皮和内蒙皮的主部分520的周边处相遇并接合。内蒙皮514的主部分520为平坦的,并且外蒙皮516相对于内蒙皮为凸的。

基础面板500还包括中央接口环524和多个推进器支架接口环526。在本示例中,基础面板包括与卫星的四个推进器对应的四个推进器支架接口环。各个推进器支架接口环526设置在凸起的角部分522之一中。推进器支架接口环的位置和/或内蒙皮514和外蒙皮516的形状和轮廓可由卫星中使用的推进器和/或推进器支架的数量和类型确定。优选地,环可在基础面板500中对称地布置。

各个推进器支架接口环526包括圆形孔528和环绕的环形安装表面530。孔528也可被描述为穿过基础面板500的开口或孔。孔528延伸穿过内蒙皮514的凸起的角部分522。在孔528上方安装到基础面板500时,安装表面530被成形和增强以符合并支撑推进器支架的外边缘。多个紧固件孔还延伸穿过靠近安装表面530的内蒙皮514的凸起的角部分522,以方便推进器支架的安装。

中央接口环524包括较大的圆形孔532、内环形表面534和阶梯外环形表面536。内环形表面534包括内蒙皮514的环形部分535的内侧,并且外环形表面536包括外蒙皮516的环形部分537的外侧。中央接口环被配置用于推进剂箱226和分离系统214的连接(参见图4)。推进剂箱被安装到环形内表面534,并且分离系统被安装到阶梯环形外表面536。各个环形表面的尺寸和/或形状可根据对应安装的结构的规格确定。例如,在打印基础面板500之前,可修改面板设计中的内环形表面534的宽度以与新推进剂箱的连接器凸缘匹配。

如作为基础面板500沿着平面AA的横截面的图11所示,基础面板500是中空的。除了两个蒙皮在外周处接合的地方之外,内蒙皮514的主部分520与外蒙皮516间隔开。在中央接口环524处,内蒙皮和外蒙皮通过垂直环壁540接合。内蒙皮514的环形部分535、外蒙皮516的环形部分537和环壁540一起形成工字梁结构。此结构可加强基础面板500并方便安装到内环形表面534的推进剂箱与安装到外环形表面536的分离系统之间的有效载荷传递。

环壁540还包括围绕中央接口环524周向等距间隔开的多个紧固件柱542。各个柱在环壁540上居中,从内蒙皮514延伸到外蒙皮516,并且包括紧固件孔。各个孔从内环形表面534穿过相应紧固件柱延伸到外环形表面536。紧固件柱可方便推进剂箱和分离系统的牢固安装,以及增强环壁540并改进载荷传递。

如图12(基础面板沿着平面BB的另一横截面)中可看到的,基础面板500的中空内部被多个加劲肋546分成单独的内部空腔544。在本示例中,基础面板500包括四个内部空腔544和四个加劲肋546。各个加劲肋为平坦的,在外蒙皮516与内蒙皮514之间垂直延伸并且在环壁540与外蒙皮的外周边之间水平延伸。加劲肋546可被描述为各自相对于十字形外蒙皮的臂居中并平行于相应臂延伸。

加劲肋546可承载穿过基础面板500的剪切载荷并且增加面板刚度。内部空腔544和基础面板500的深度可改进基础面板对弯曲载荷的抵抗力。基础面板500的中空设计可节省重量、材料成本和打印时间,同时维持期望的面板刚度和强度。加劲肋546和/或内部空腔544的形状和位置可根据外蒙皮516的形状、安装到基础面板的推进器的数量和类型、推进剂箱和所存储的推进剂的质量、预期弯曲载荷和/或任何相关结构考虑来确定。可使用任何数量和/或图案的肋。

在本示例中,内蒙皮514、外蒙皮516、侧壁518和加劲肋546具有近似相同的厚度。各个结构为大约0.08英寸厚。在一些示例中,这些结构的厚度可不同和/或任一个结构的厚度可变化。优选地,内蒙皮514和外蒙皮516可至少大约0.05英寸厚且不超过大约0.125英寸厚。环形部分535、537和环壁540相对于内蒙皮和外蒙皮增强,并且可介于内蒙皮和/或外蒙皮的厚度的大约1.5到2倍之间。内部空腔544的深度渐缩,最大深度介于大约0.5到2英寸之间。

再参照图9和图10,侧壁518包括多个紧固件孔548。在本示例中,当基础面板500被组装到卫星的主体中时,侧壁朝着卫星的内部延伸。侧壁518被配置为方便基础面板500连接到卫星主体的其它面板。返回简要参照图4,各个侧壁与散热器面板400之一交叠,接触面板的内侧,使得紧固件孔548与散热器面板中打印的对应孔对准。延伸穿过对准的孔的紧固件组件将两个面板固定在一起。

在基础面板500的两个侧壁518相遇的角处,两个侧壁中的每一个略微偏离平坦以形成角凹陷550。各个角凹陷550被配置为接纳角柱222之一的端部。如上面参照图4讨论的,并且类似于设备面板300,角柱被接纳在侧壁518与散热器面板400之间。角凹陷550允许侧壁518也直接没有间隙地接触散热器面板。

类似于角柱222,侧壁518具有带缺口的边缘以允许紧固件孔548相对于内蒙皮514的期望位置,同时使基础面板500的材料和重量最小化。在一些示例中,除了或代替侧壁518,基础面板500可包括其它连接特征。例如,代替侧壁518,卫星可包括四个水平取向的角柱。

如上所述,基础面板500还可包括一个或更多个定制的结构特征242。在所描绘的示例中,基础面板500的定制的结构特征242包括图9所示的电连接器552、图9至图12所示的延伸穿过面板的访问端口554以及图10所示的用于设备通过访问端口连接的安装点556。

C.增材制造的例示性方法

参见图13,此节描述用于工件的增材制造的例示性方法600的步骤。图14中所描绘的例示性增材制造装置的各方面可用在下面所描述的方法步骤中。适当时,可参考可用于执行各个步骤的部件和系统。这些参考是为了例示,而非旨在限制执行方法的任何特定步骤的可能方式。

在一些示例中,方法600也可被称为3D打印方法。术语增材制造和3D打印均可被理解为包括通过以连续的层添加材料来创建对象的工艺。增材制造可被理解为更更广义的术语,涵盖3D打印。在一些示例中,术语增材制造和3D打印可能适合互换使用。在本公开,打印和/或打印步骤可被理解为包括通过任何增材制造方法创建。增材制造工艺的示例包括(但不限于)材料挤出、粉末床熔合、材料喷射、粘结剂喷射、定向能量沉积、光聚合(vatphotopolymerization)和片材层压。

图13是示出例示性方法中执行的步骤的流程图,并且可能未列举该方法的完整工艺或所有步骤。尽管下面描述并在图13中描绘了方法600的各种步骤,但是这些步骤未必需要全部执行,在一些情况下可同时执行或者以与所示顺序不同的顺序执行。

在步骤610,接收描述有序的多个层的数字信息。该数字信息可由如图14中所描绘的增材制造装置710的计算机控制器712接收。增材制造装置也可被称为打印机或制造器。计算机控制器712可包括被配置为接收数字设计信息并控制打印机710的功能的任何数据处理系统。图14所示的例示性计算机控制器包括用于控制打印机功能的处理器714和用于存储所接收的数据的存储器716。

所接收的信息可包括构成三维对象的层的多个二维图案的几何数据和/或设计细节,其中三维对象是要制造的工件728。层也可被描述为横截面或切片。多个层是有序的,使得可从第一层到最后一层对层进行编号或组织。

方法600的步骤612包括在位于打印机710的构建环境720中的构建平台718上沉积原料。构建平台可包括可通过计算机控制器712沿着制造轴722移动的支撑。构建平台可具有垂直于制造轴722的平坦表面。

原料可以是适合于增材制造的任何材料,通常为流体或粉末并且包括(但不限于)光聚合物树脂、热塑性塑料、石膏、陶瓷和金属。可从诸如漏斗、罐或粉末床的原料源724分配材料。例如,可通过由计算机控制器712致动的刷臂将铝粉末从粉末床刷扫在构建平台718上。

原料可被均匀地分配在构建平台718上,或者可按所选图案沉积。沉积可在计算机控制器712的控制下进行。在一些示例中,构建平台718可被浸没在原料中,并且可通过重力或流体压力来实现沉积。在一些示例中,连接到原料源724的打印头726可按照与有序的多个层中的第一层对应的图案沉积原料。

在步骤614,改变原料以生成第一层。换言之,根据描述有序的多个层中的第一层的设计信息并由计算机控制器712指导,使沉积的材料发生物理改变,以将第一层实现为构建平台上的物理对象。

可通过由计算机控制器712控制的打印机710的打印头726作用在材料上。例如,打印头可包括通过曝露于光来使光聚合物固化或通过曝露于热来使金属粉末烧结的激光器。可由计算机控制器712指导打印头遵循所接收的数字信息中为第一层划定的路径,和/或处理器714基于所接收的数字信息计算的路径。

步骤616包括重新定位构建平台。在一些示例中,构建平台718可从距打印头726所选距离开始。所选距离可通过打印头所执行的过程来确定。在生成一层之后,构建平台可由计算机控制器712沿着制造轴722远离打印头726层厚度来重新定位。即,可移动构建平台,使得所生成的层的顶表面距打印头726所选距离。

在一些示例中,构建平台718可从与打印机710的另一元件(例如,原料分配部件)对准开始。在生成一层之后,构建平台可由计算机控制器712沿着制造轴722重新定位,使得所生成的层的顶表面与打印机710的另一元件对准。在一些示例中,在步骤616,代替或除了构建平台718,可重新定位打印头726。在一些示例中,步骤616可被跳过。

在步骤618,在方法600的先前步骤中生成的层上沉积原料。如针对步骤612所描述的,原料可以是任何适当的材料并且可按任何适当的方式沉积。在步骤620,改变原料以生成下一层,如先前针对步骤614所描述的。

可重复步骤616至620以生成所接收的数字信息的多个层中的各个层,直至生成最后一层。然后,所生成的第一层至最后一层可构成如所接收的数字信息中所描述的工件728。工件可从打印机被取下并根据需要进行后处理。例如,工件可从构建平台的构建板机加工,然后可通过机加工或其它方法进一步精加工细节或平滑表面。

与根据传统制造方法(例如,机加工、模制和/或组装)制造的工件相比,根据方法600制造的工件728可拥有不同的结构性质。例如,工件728的所有零件和/或特征可为一体的和/或整体的。又如,工件728可包括多个熔融材料层,其中各个层垂直于工件的构建轴。又如,工件728可包括由制造工艺的方向性导致的微观结构各向异性。

D.制造卫星的例示性方法

参见图15,此节描述制造卫星的例示性方法800的步骤。上述卫星、面板和/或增材制造方法和设备的各方面可用在下述方法步骤中。适当时,可参考可用于执行各个步骤的部件和系统。这些参考是为了例示,而非旨在限制执行方法的任何特定步骤的可能方式。

图15是示出例示性方法中执行的步骤的流程图,并且可能未列举该方法的完整工艺或所有步骤。尽管下面描述并在图15中描绘了方法800的各种步骤,但是这些步骤未必需要全部执行,在一些情况下可同时执行或以与所示顺序不同的顺序执行。

在步骤810,该方法包括打印壁面板。在一些示例中,壁面板可为正方形或矩形,并且大致平坦。壁面板可被配置成主承载元件或主要结构。打印壁面板可包括根据标准面板设计来打印标准结构特征,例如下面在可选子步骤812-820中描述的。打印壁面板还可包括打印包含到面板设计中以便适应面板的特定结构或功能要求的定制特征。例如,步骤810可包括打印星形跟踪器观察窗口、天线安装架、O型环凹陷、MMOD点屏蔽和/或电连接器接口。

可执行可选子步骤812-816以打印整体夹层面板。这种面板可特别适合于卫星的受益于被动排热和低重量但是辐射屏蔽最小的部分。子步骤812包括打印第一覆面板,并且子步骤814包括打印第二覆面板。覆面板也可被描述为蒙皮和/或壁。第一覆面板可与第二覆面板间隔开并且可平行于第二覆面板。各个覆面板可具有大致平坦的范围和有限的厚度。覆面板的厚度可相等,可不同,和/或可在覆面板上变化。

各个覆面板可具有内侧和外侧,其中内侧和外侧中的每一个在打印期间平行于构建方向延伸。子步骤812、814也可被描述为垂直打印覆面板,和/或覆面板可被描述为在打印期间平行于构建方向。

子步骤816包括打印桁架结构。桁架可连接到第一覆面板并且可连接到第二覆面板,从而将第一覆面板连接到第二覆面板。桁架可被描述为夹在第一和第二覆面板之间和/或形成壁面板的芯。

桁架可包括布置成芯结构的阵列的多个细长和/或十字形构件。各个芯结构可包括诸如金字塔框架或立方框架的几何框架。多个细长构件可被布置为使得构件用作结构桁架并在第一覆面板和第二覆面板之间传递载荷。各个构件可被配置和/或取向为使得桁架可在没有辅助支撑的情况下打印。即,可打印桁架而无需随后去除牺牲支撑结构。

桁架可与第一和第二覆面板同时打印。即,子步骤812-816可同时执行。在打印期间沉积的各个材料层可包括第一覆面板的一部分、桁架的一部分和第二覆面板的一部分。第一和第二覆面板和桁架可被打印成单个整体结构。即,覆面板和桁架可被一起打印以形成没有接头或接缝的打印材料面板。

可执行可选子步骤818以打印等栅格面板。这种面板可特别适合于卫星的受益于较大辐射屏蔽的部分。子步骤818包括打印包括覆面板和加劲结构的等栅格。

覆面板可包括第一侧和第二侧。在一些示例中,第一侧可包括外侧或外部侧,第二侧可包括内侧或内部侧。覆面板可按照与构建方向成大约30和45度之间的角度来打印。可根据壁面板的期望的辐射屏蔽或阻挡性质来选择覆面板的厚度。

可在覆面板的第一侧面上打印加劲结构。加劲结构可包括从覆面板延伸的规则、重复栅格或格子,和/或可包括局部形状和特征。加劲结构的至少一部分可形成等边三角形的栅格。

在一些示例中,打印加劲结构可包括打印腹板部分和凸缘部分。腹板部分可从覆面板延伸,并且凸缘部分可从腹板部分的远端延伸。加劲结构可被描述为T字梁,或者与覆面板形成工字梁。可根据壁面板的期望的刚度来选择加劲结构的尺寸(例如,凸缘部分的宽度)。

加劲结构可与覆面板同时打印。在打印期间沉积的各个材料层可包括覆面板的一部分和加劲结构的一部分。覆面板和加劲结构可被打印成单个整体结构。换言之,覆面板和加劲结构可被一起打印以形成没有接头或接缝的打印材料面板。

可执行可选子步骤820以打印包括用于将卫星安装到外部结构(例如,发射载具)的连接结构的面板。子步骤820包括打印被配置为将面板连接到分离系统的连接结构。连接结构可被配置用于所选分离系统。例如,当选择带式分离系统时,连接结构可包括具有环形安装表面的接口环。连接结构还可包括被设计为在卫星和分离系统之间高效地传递载荷的特征(例如,工字梁结构)。打印这种面板还可包括打印深横截面,优选具有中空内部。这种配置可改进对弯曲载荷的抵抗力,同时面板重量的增加最小。

方法800的可选步骤822包括打印多个壁面板。该步骤可包括顺序地重复步骤810和/或同时打印多个面板。例如,可在三次沉积的过程中在一个打印机中打印六个面板。可根据步骤810和可选子步骤818打印第一面板,然后可根据步骤810和可选子步骤820打印第二面板。可在单次沉积中打印四个附加面板,其各自根据步骤810和可选子步骤812-816打印。

方法的步骤824包括组装卫星的外壁结构,其包括在步骤810中打印的壁面板以及在可选步骤822中打印的任何壁面板。壁面板可按照任何有效的方式组装以形成卫星的主要结构。例如,壁面板可被直接或间接紧固在一起。又如,壁面板可被粘结、焊接或以其它方式固定在一起。组装的壁结构可仅包括壁面板,可包括壁面板和附加增材制造的部件,和/或可包括壁面板和一个或更多个传统制造的部件。

在步骤826,该方法包括将通信装置安装到外壁结构。通信装置可包括天线(例如,杯状偶极天线、命令喇叭天线或阵列天线)和/或通信系统的其它元件(例如,处理器、编码器、调制器、发送器或接收器)。通信装置可被配置为在太空中方便卫星与行星体和/或另一航天器之间的通信。在一些示例中,通信装置可使用无线电波、微波和/或任何电磁辐射来发送和/或接收数据。

通信装置可按照任何有效的方式安装到外壁结构。例如,天线可被直接紧固到壁面板,可被打印成壁面板的一体结构,和/或可被固定到卫星的可部署机构。通信装置可被安装到外壁结构的外部,或者可被安装在由外壁结构包围的内部隔室中。

步骤828包括将外壁结构安装在发射载具中。发射载具可包括被配置为将卫星从行星体运输到太空中的任何载具或系统。例如,发射载具可包括被配置为将卫星从地球表面经过卡门线推进到太空中的火箭。卫星可被描述为发射载具的有效载荷。

外壁结构可被安装到具有有效载荷适配器和/或分离系统的发射载具。例如,可使用诸如夹圈、机动光带(MLB)、KSRC或机械锁定系统(MLS)的带式分离系统、诸如Quadpack或Canisterized卫星分配器(CSD)的分配器式分离系统和/或火工分离系统。

例示性组合和附加示例

此节描述增材制造的卫星的附加方面和特征,其作为一系列段落呈现(而非限制),其中一些或全部为了清晰和效率可按字母数字方式指定。这些段落中的每一个可按照任何合适的方式与一个或更多个其它段落和/或与本申请中别处的公开组合。下面的一些段落明确地参考并进一步限制其它段落,从而提供(而非限制)一些合适组合的示例。

A0.一种卫星,该卫星包括:

主体,其具有至少部分地形成封闭隔室的增材制造的外壁结构,以及

通信装置,其附接到主体,被配置为在太空中接收和发送数据。

A1.根据A0所述的卫星,其中,外壁结构包括多个侧面板,各个侧面板由激光烧结铝合金增材制造。

A2.根据A1所述的卫星,其中,各个侧面板按照至少5瓦/平方英尺的速率从隔室内部辐射热。

A3.根据A1所述的卫星,其中,各个侧面板按照介于大约20到40瓦/平方英尺之间的速率从隔室内部辐射热。

A4.根据A1所述的卫星,其中,各个侧面板按照至少45瓦/平方英尺的速率从隔室内部辐射热。

A5.根据A0至A4中的任一项所述的卫星,其中,外壁结构包括多个侧面板,各个侧面板为整体的。

A6.根据A5所述的卫星,其中,各个侧面板包括通过内部桁架结构连接的第一和第二覆面板。

A7.根据A0至A6中的任一项所述的卫星,该卫星还包括被配置为在太空中推进卫星的推进系统。

A8.根据A7所述的卫星,其中,推进系统包括增材制造的推进剂箱。

A9.根据A0至A8中的任一项所述的卫星,其中,壁结构包括增材制造的等栅格面板。

A10.根据A9所述的卫星,其中,等栅格面板包括由激光烧结铝合金构成并且厚度足以阻挡源自隔室外部的至少0.5兆拉德/年的辐射的覆面板。

A11.根据A10所述的卫星,其中,该厚度足以阻挡至少1兆拉德/年的辐射。

A12.根据A10或A11所述的卫星,其中,该厚度足以阻挡至少100兆拉德/年的辐射。

A13.根据A10至A12中的任一项所述的卫星,其中,该厚度足以阻挡至少500兆拉德/年的辐射。

A14.根据A9至A13中的任一项所述的卫星,其中,等栅格面板包括在卫星主体的外侧的覆面板和等栅格加劲结构。

A15.根据A14所述的卫星,其中,等栅格加劲结构包括形成等边三角形的阵列的工字梁结构。

A16.根据A0至A15中的任一项所述的卫星,其中,通信装置包括安装在隔室内部的增材制造的天线。

A17.根据A0至A16中的任一项所述的卫星,其中,通信装置包括安装在隔室内部的增材制造的天线。

A18.根据A0至A17中的任一项所述的卫星,其中,整个外壁结构由激光烧结铝合金增材制造。

A19.根据A18所述的卫星,其中,外壁结构为立方形,包括四个侧面板、前面板和后面板。

A20.根据A0至A19中的任一项所述的卫星,其中,外壁结构包括连接到分离系统的增材制造后面板,该分离系统被配置为在发射阶段期间将主体安装并承载在发射载具内部并且在发射阶段之后将主体从发射载具释放。

A21.根据A20所述的卫星,其中,增材制造的后面板为中空的。

A22.根据A20或A21所述的卫星,其中,后面板具有与卫星的推进器支架对准的一个或更多个开口。

A23.根据A22所述的卫星,其中,一个或更多个推进器支架由激光烧结钛构成。

B0.一种卫星,该卫星包括:

壳体,其具有增材制造的外壁结构,

通信装置,其连接到壳体,被配置为在太空中接收和发送数据,以及

分离装置,其连接到壁结构,被配置为在发射阶段期间将壳体安装并承载在发射载具内部,随后在发射阶段之后将壳体从发射载具释放。

B1.根据B0所述的卫星,其中,外壁结构包括被配置为从壳体内部辐射热的增材制造的侧面板。

B2.根据B1所述的卫星,其中,各个侧面板包括整体夹层结构。

B3.根据B0至B2中的任一项所述的卫星,其中,外壁结构包括被配置为阻挡太空辐射进入壳体的面板。

B4.根据B0至B3中的任一项所述的卫星,其中,外壁结构包括连接到分离装置的面板。

C0.一种航天器发射组件,该航天器发射组件包括:

火箭动力载具,

有效载荷,其包括增材制造的壁结构,以及

分离装置,其将壁结构连接到火箭动力载具,被配置为在发射阶段期间将有效载荷安装并承载在火箭动力载具内部,然后在发射阶段之后将有效载荷从火箭动力载具释放。

C1.根据C0所述的航天器发射组件,其中,有效载荷包括卫星。

C2.根据C0或C1所述的航天器发射组件,其中,卫星包括增材制造的天线。

D0.一种制造卫星的方法,该方法包括:

打印被配置为形成卫星的外壁结构的一部分的壁面板,

组装包括壁面板的卫星的外壁结构,

将通信装置安装到外壁结构,该通信装置被配置为在太空中接收和发送数据。

D1.根据D0所述的方法,其中,打印步骤包括:

打印被配置为形成卫星的整个外壁结构的多个壁面板。

D2.根据D1所述的方法,其中,所述多个壁面板被同时打印。

D3.根据D2所述的方法,其中,所述多个壁面板在单个打印机上打印。

D4.根据D0至D3中的任一项所述的方法,其中,面板由激光烧结铝合金构成。

D5.根据D0至D4中的任一项所述的方法,其中,壁面板是整体夹层结构。

D6.根据D0至D5中的任一项所述的方法,其中,打印步骤包括:

打印第一覆面板,

打印第二覆面板,以及

打印连接第一和第二覆面板的桁架结构。

D7.根据D0至D6中的任一项所述的方法,其中,打印步骤包括:

在覆面板上打印包括加劲结构的等栅格。

D8.根据D0至D7中的任一项所述的方法,其中,打印步骤包括:

在壁面板上打印结构,该结构被配置用于连接到分离装置。

D9.根据D所述的方法,该方法还包括:

将外壁结构安装在发射载具内部。

E0.一种卫星,该卫星包括:

包括壁面板的外部蒙皮结构,所述壁面板包括激光烧结金属合金,以及

在蒙皮结构内部的通信装置,其被配置为在太空中发送和接收数据。

E1.根据E0所述的卫星,其中,壁面板由激光烧结铝合金构成。

E2.根据E0或E1所述的卫星,其中,壁面板由激光烧结钛合金构成。

E3.根据E0至E2中的任一项所述的卫星,其中,通信装置包括增材制造的天线。

E4.根据E0至E3中的任一项所述的卫星,其中,外部蒙皮结构完全由激光烧结金属合金构成。

E5.根据E0至E4中的任一项所述的卫星,其中,壁面板包括整体夹层结构。

优点、特征和益处

本文所描述的增材制造的卫星的不同示例提供了优于制造卫星的已知解决方案的多个优点。例如,本文所描述的例示性示例允许卫星的快速、按需生产。

另外,除其它益处外,本文所描述的例示性示例减少了生产周期时间,包括减少了制造步骤的数量、接触人工时间和生产后测试。

另外,除其它益处外,本文所描述的例示性示例允许标准设计针对特定有效载荷的设计敏捷性和快速定制。

另外,除其它益处外,本文所描述的例示性示例通过将先前单独制造的部件和后处理的特征集成到卫星主要结构的增材制造中来降低成本和零件数。

另外,除其它益处外,本文所描述的例示性示例允许高级别的定制和局部设计。

另外,除其它益处外,本文所描述的例示性示例允许一些或所有主要结构部件在单次沉积中同时打印。

另外,除其它益处外,本文所描述的例示性示例允许在没有牺牲辅助支撑的情况下打印。

没有已知系统或装置可执行这些功能,特别是对于高精度、坚固和重量轻的卫星主要结构。然而,并非本文所描述的所有示例均提供相同的优点或相同程度的优点。

结论

上面阐述的公开可涵盖具有独立实用性的多个不同的示例。尽管这些中的每一个已以其优选形式公开,但是本文中公开并示出的其特定示例不应从限制意义上考虑,因为可进行众多变化。就在本公开内使用章节标题而言,这些标题仅用于组织目的。本公开的主题包括本文所公开的各种元件、特征、功能和/或性质的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。随附权利要求特别指出被认为新颖和非显而易见的某些组合和子组合。可在要求本申请或相关申请的优先权的申请中要求保护特征、功能、元件和/或性质的其它组合和子组合。无论与原始权利要求相比在范围上更宽、更窄、相等或不同,这些权利要求也被认为包括在本公开的主题内。

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