Дизайн космических аппаратов получает импульс благодаря новым узорам, напоминающим цветы оригами

Древнее японское искусство складывания бумаги, или оригами, уже вдохновляет на создание космических аппаратов нового поколения, но теперь существует новое семейство форм оригами, которые могут сделать их ещё более компактными и надёжными.

Ларри Хауэлл из Университета Бригама Янга и его коллеги разработали новый класс структур оригами, называемых узорами bloom (цветок), которые складываются в плоскость и раскрываются подобно лепесткам цветка. Эти продуманные складные конструкции могут быть использованы и для других структур в космосе, таких как телескопы и солнечные батареи.

Почему оригами идеально подходит для космических аппаратов?

Дизайн на основе оригами идеально подходит для космических аппаратов, поскольку их можно сложить для запуска, а затем развернуть или разложить в полный размер в космосе или по прибытии в пункт назначения. Такая возможность компактного сложения не только удешевляет запуск миссий, но и позволяет небольшим полезным нагрузкам легко размещаться на ракете, несущей другой спутник.

Однако существующие модели оригами не всегда легко сложить, и их бывает сложно развернуть. Узоры bloom решают эту проблему, складываясь в плоскость, оставаясь плоскими, а затем широко раскрываясь.

Узоры bloom

Узоры bloom уже были известны, но инженеры Университета Бригама Янга поняли, что они являются частью более крупной группы форм, имеющих общие черты. Они начинаются с плоского тонкого диска и раскрываются одним плавным движением, создавая более крупную, изогнутую трёхмерную форму, напоминающую цветок.

Команда разработала математическую модель того, как работают узоры bloom. Как они описывают в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, они затем создали физические бумажные модели и бумажные прототипы. Все фигуры раскрывались надёжно, что крайне важно, поскольку один неверный сгиб может привести к провалу всей космической миссии. Они также сконструировали узоры bloom из других материалов, таких как 3D-печатанный пластик.

Значение исследования

Как объясняют учёные в своей статье, исследование является отправной точкой для открытий. «Эта работа закладывает основу для будущих открытий и документирования новых узоров bloom оригами, исследования адаптации толщины и механического поведения узоров bloom, а также их использования в качестве развёртываемых систем в различных приложениях».

Помимо улучшения проектирования и развёртывания антенн, оптических устройств для спутников и другого космического оборудования, эти новые узоры bloom также имеют более приземлённые применения. Их можно использовать для создания портативных, штабелируемых конструкций для временных укрытий, всплывающей архитектуры или даже частей робототехники, которым необходимо расширяться или сжиматься.