En el pasado otoño, la Nasa desarrolló y probó una antena impresa en 3D para demostrar una capacidad de bajo coste para comunicar datos científicos a la Tierra. La antena, probada en vuelo utilizando un globo meteorológico atmosférico, podría abrir la puerta al uso de la impresión 3D como una solución de desarrollo rentable para el número cada vez mayor de misiones científicas y de exploración.
Para esta demostración de tecnología, los ingenieros de la Red de Espacio Cercano de la Nasa diseñaron y construyeron una antena impresa en 3D, la probaron con los satélites de retransmisión de la red y luego la volaron en un globo meteorológico. El proceso de impresión 3D, también conocido como fabricación aditiva, crea un objeto físico a partir de un modelo digital añadiendo varias capas de material una encima de otra, normalmente en forma de líquido, polvo o filamento. La mayor parte de la antena impresa en 3D utiliza un material polimérico de baja resistencia eléctrica, ajustable y relleno de cerámica.
Gracias a una impresora proporcionada por Fortify, el equipo tuvo un control total sobre varias de las propiedades electromagnéticas y mecánicas que los procesos de impresión 3D estándar no tienen. Una vez que la Nasa adquirió la impresora, esta tecnología permitió al equipo diseñar e imprimir una antena para el globo en cuestión de horas. Los equipos imprimieron la parte conductora de la antena con una de las distintas impresoras de tinta conductora utilizadas durante el experimento.
Para esta demostración tecnológica, el equipo de la red diseñó y construyó una antena dipolar magnetoeléctrica impresa en 3D y la hizo volar en un globo meteorológico. Una antena dipolar se usa comúnmente en radio y telecomunicaciones. La antena tiene dos “polos”, lo que crea un patrón de radiación similar a una forma de rosquilla.
Pruebas
La antena, una colaboración entre ingenieros del Programa de Globos Científicos de la Nasa y el programa de Comunicaciones Espaciales y Navegación (SCaN) de la agencia, fue creada para mostrar las capacidades de diseño y fabricación de bajo coste. Después de su fabricación, la antena fue ensamblada y probada en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la Nasa en Greenbelt, Maryland, en la cámara anecoica electromagnética del centro .
La cámara anecoica es la sala más silenciosa del Goddard: un espacio blindado diseñado y construido para resistir las ondas electromagnéticas intrusivas y suprimir su emisión al mundo exterior. Esta cámara elimina los ecos y los reflejos de las ondas electromagnéticas para simular el relativo “tranquilidad” del espacio.
Para preparar la prueba, el pasante de la Nasa Alex Moricette instaló la antena en el mástil de la cámara anecoica. El equipo de desarrollo de la antena utilizó la cámara para probar su rendimiento en un entorno similar al del espacio y asegurarse de que funcionara como estaba previsto. Una vez completado, los ingenieros de antena de la Nasa realizaron pruebas de campo finales en la Instalación de Globos Científicos de Columbia de la Nasa en Palestina, Texas, antes del despegue.
El equipo coordinó los enlaces con la flota de retransmisiones de la Red de Espacio Cercano para probar la capacidad de la antena impresa en 3D para enviar y recibir datos. El equipo monitorizó el rendimiento enviando señales hacia y desde la antena impresa en 3D y el sistema de comunicaciones planificado del globo, una antena satelital estándar. Ambas antenas se probaron en distintos ángulos y elevaciones. Al comparar la antena impresa en 3D con la antena estándar, establecieron una línea de base para un rendimiento óptimo.
En el aire
Durante el vuelo, el globo meteorológico y la antena impresa en 3D alojada en él se probaron para determinar su capacidad de supervivencia ambiental a 100.000 pies y se recuperaron de manera segura.
Durante décadas, el Programa de Globos Científicos de la Nasa, administrado por la Instalación de Vuelo Wallops de la Nasa en Virginia, ha utilizado globos para transportar cargas científicas a la atmósfera. Los globos meteorológicos llevan instrumentos que miden la presión atmosférica, la temperatura, la humedad, la velocidad y la dirección del viento. La información recopilada se transmite a una estación terrestre para su uso en la misión.
La demostración reveló los resultados esperados por el equipo: que con la creación rápida de prototipos y las capacidades de producción de la tecnología de impresión 3D, la Nasa puede crear antenas de comunicación de alto rendimiento adaptadas a las especificaciones de la misión más rápido que nunca.
La implementación de estos avances tecnológicos modernos es vital para la Nasa, no sólo para reducir los costes de las plataformas heredadas sino también para permitir misiones futuras.
