Лазер в космическото пространство: 5 приложения на TRUMPF за космонавтиката

Лазерите доказаха, че могат да извършват прецизно и свръхнадеждно херметични заварки първоначално при кардиостимулаторите, а по-късно и при батериите на електрически автомобили. Космонавтиката вече също използва натрупания опит в областта на процесите и заварява неръждаема стомана, алуминий, титан и суперсплави като Inconel. Основните причини за това са високата скорост на технологията, понякога няколко метра в минута, и чистите заваръчни шевове благодарение на сензорно оптимизираната вложена енергия. Лазерното херметично заваряване се превръща в стандарт там, където е особено важно: при ракетни резервоари. Ако сервизните техниците открият, че те пропускат дори и минимално количество гориво, екипът трябва да прекрати изстрелването на ракетата. Ако никой не открие теча, при стартирането на двигателите се стига до катастрофа. Ето защо аерокосмическите компании предпочитат да заложат на сигурно с лазерите.

Лазерите с ултракъси импулси са с толкова прецизно дозирана енергия по време на заваряване, че могат да извършват свързване на различни материали, което е устойчиво на счупване и е газонепропускливо. Например, стъкло и метал. Тези комбинации са особено интересни за оптичните компоненти на сателитите, а вероятно и за прозорците на космическите станции. Най-важният аргумент в полза на това лазерно свързване е, че е директно. Това означава, че няма нужда от сложни резбови съединения или от чувствителни към температурата лепила – и двете водят до увеличаване на теглото. НАСА вече е тествала заварена с ултракъси импулси връзка от стъкло и специална сплав Invar и планира да я използва. В много случаи директното свързване между стъкло и друг материал или свързването стъкло-стъкло е единствената възможност за използване на стъкло в Космоса. Директното свързване с помощта на къси лазерни импулси на подсилени с въглеродни влакна термопластмаси и други пластмаси с метал също все повече заместват класическите резбови съединения.

Всеки килограм, който е в минус прави полета в Космоса по-евтин. За ракетите, тъй като те могат да издигат повече полезен товар, ако са по-леки. Цената на „билета" е по-изгодна и за самия полезен товар, ако той е с по ниско тегло. Това беше основната концепция, когато компаниите започнаха да принтират структурни детайли, като например стойки за камери: да се използва възможно най-малко материал и да се конструира съобразно само с основната им функция. Вече е ясно, че революцията в дизайна прави детайлите не само по-леки, но и по-стабилни, тъй като са възможни по-добри конструктивни решения. И накрая: производството чрез 3D принтиране –особено на термоустойчиви суперсплави като Inconel - в крайна сметка е значително по-евтино от традиционните механични методи като струговането. В космонавтиката почти всички пътища водят към 3D принтера.

Преносът на данни в Космоса скоро ще се осъществява чрез лазерни сигнали. Ниско летящите LEO сателити „карат бясно" около земното кълбо със скорост около 7800 километра в секунда (!). Следователно за стабилна връзка с данни не е достатъчно да има контакт само с един LEO-сателит, тъй като той скоро ще се намира над друг континент. Това зависи от мрежата. LEO-сателитите ще комуникират в бъдеще с помощта на лазер: един лазерен информационен лъч по време на полет през хиляди километри. В близко време комуникацията орбита-Земя също ще бъде пренасочена към лазери, тъй като лазерите имат скорост на предаване на данни до сто пъти по-висока от тази на радиовълните. Добрите новини са, че необходимостта от обмен на данни нараства бързо поради стрийминга, изчисленията в облак с изкуствен интелект, мрежата от взаимосвързани устройства и много други услуги, базиращи се на данни. Също така полезно: поради физични причини лазерно поддържаният трансфер на данни е защитен от прихващане - всеки опит за шпионаж ще бъде открит незабавно. Лазерното предаване сателит-сателит и сателит-Земята вече работи при високотехнологични военни сателити. Експертите смятат, че след десет години технологията ще бъде внедрена и в търговските мрежи.

Ракетни двигатели и задвижващи системи- малки двигатели, които направляват, спират или ускоряват –сонди или сателити се нуждаят от вътрешни канали за охлаждане на горивото, за да могат да функционират. За миниатюрните задвижващите системи поради незначителната дебелина на стените не съществува друг вариант освен Additive Manufacturing, а дори и при по-големите няма друг по-икономичен такъв. Лазерното наваряване може да се използва и за изработването на по-големи структури с вътрешни канали, като например дюзи на двигатели. Допълнителен акцент: процесът е биметален и формира желаните метали в зависимост от тяхното предназначение. В случая с дюзата, например, помедняване от вътрешната страна за оптимален топлинен обмен и плътен слой от Inconel от външната страна за стабилност.