“衛(wèi)星”一詞的字面翻譯（“伴星”）遠(yuǎn)不足以解釋這些技術(shù)設(shè)備的復(fù)雜性，及其對(duì)日常生活的巨大貢獻(xiàn)。從天氣預(yù)報(bào)、信息傳輸?shù)綄?dǎo)航定位，衛(wèi)星承擔(dān)著多樣化的任務(wù)。

空中客車防務(wù)與航天公司作為全球衛(wèi)星與航天運(yùn)輸技術(shù)的領(lǐng)先供應(yīng)商，其西班牙子公司不僅參與衛(wèi)星業(yè)務(wù)，更是本國(guó)市場(chǎng)最大的航空航天企業(yè)。

該公司的業(yè)務(wù)范圍涵蓋衛(wèi)星系統(tǒng)乃至國(guó)際空間站（ISS）組件制造。馬德里總部還設(shè)有復(fù)合材料技術(shù)中心——因?yàn)樵诤娇蘸教祛I(lǐng)域，創(chuàng)新材料與生產(chǎn)工藝起著至關(guān)重要的作用。由于太空環(huán)境中極端的溫差變化和外部作用力，相關(guān)設(shè)備必須滿足極其嚴(yán)苛的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。為實(shí)現(xiàn)零部件制造的最優(yōu)性能，空中客車防務(wù)與航天公司采用了包括德國(guó)EOS公司增材制造技術(shù)在內(nèi)的多項(xiàng)先進(jìn)工藝。

堅(jiān)固的鈦支架是用EOSINT M 280制造的。它們可以輕松、持久地承受太空中的高溫和外力

Part 1

挑戰(zhàn)

當(dāng)前這一代衛(wèi)星配備有特殊支架，用于連接衛(wèi)星主體與安裝在其頂端的反射器和饋源裝置?？罩锌蛙嚪绖?wù)與航天公司的工程師在設(shè)計(jì)這些固定支架時(shí)面臨兩大核心挑戰(zhàn)：一方面，支架必須將設(shè)備牢固固定于衛(wèi)星主體；另一方面，還需有效緩解太空中的極端溫度波動(dòng)。這些支架作為關(guān)鍵的隔熱層，對(duì)衛(wèi)星運(yùn)行至關(guān)重要：溫度范圍為-180至+150 °C，因此材料的應(yīng)力非常大。

能滿足這些嚴(yán)苛要求的材料極為有限。正如航空航天領(lǐng)域的常見解決方案，鈦合金最終被證明是最合適的選擇。這種材料不僅具備眾所周知的輕量化和導(dǎo)熱性優(yōu)勢(shì)，其密度也符合航天標(biāo)準(zhǔn)。要知道，每向太空運(yùn)送1公斤物資的成本高達(dá)數(shù)萬(wàn)美元，具體費(fèi)用取決于運(yùn)載系統(tǒng)類型和目標(biāo)軌道等因素，而6位數(shù)乃至更高的運(yùn)輸成本實(shí)屬常態(tài)。

采用傳統(tǒng)工藝制造的支架——尤其是其與衛(wèi)星碳纖維部件的連接部位（需承受極高熱應(yīng)力）——未能達(dá)到空中客車防務(wù)與航天公司的技術(shù)要求。此外，后續(xù)在衛(wèi)星組件上的安裝過(guò)程極為耗時(shí)，亟需降低成本。為此，工程師團(tuán)隊(duì)開始尋求替代方案，并特別關(guān)注新一代部件的可優(yōu)化設(shè)計(jì)空間。

EOSINT M 280設(shè)備

最終選用的是德國(guó)EOS公司提供的金屬部件增材制造技術(shù)。該技術(shù)既保留了鈦合金這一久經(jīng)驗(yàn)證的材料優(yōu)勢(shì)，又能靈活調(diào)整部件設(shè)計(jì)。正如空中客車防務(wù)與航天公司天線系統(tǒng)負(fù)責(zé)人Otilia Castro Matías所言：“我們研發(fā)的解決方案具備雙重優(yōu)勢(shì)，一方面優(yōu)化了生產(chǎn)工藝，另一方面改進(jìn)了設(shè)計(jì)方案，使整個(gè)工件可一次性成型。雖說(shuō)技術(shù)上這與傳統(tǒng)'整體切削'工藝截然相反，但實(shí)際效果卻實(shí)現(xiàn)了‘一體成型’的完美呈現(xiàn)。”

設(shè)計(jì)方案確定后，隨即啟動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化制造流程：工程師將CAD軟件中的三維構(gòu)造圖紙導(dǎo)入EOSINT M 280生產(chǎn)設(shè)備，正式開始制造——激光束精準(zhǔn)熔覆沉積的金屬粉末，逐層固化成型。當(dāng)精密工件制作完成時(shí)，除可重復(fù)使用的原材料外，幾乎不產(chǎn)生任何多余廢料。

Part 2

成果

全新打造的支架組件完全達(dá)到了專家團(tuán)隊(duì)的預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。其最顯著的突破在于整體結(jié)構(gòu)的耐溫性能提升——如今在20千牛頓作用力下，可長(zhǎng)期穩(wěn)定承受330℃的溫差變化。此外，西班牙航天專家團(tuán)隊(duì)成功將饋源與副反射器組件的支架裝配周期縮短了5天。目前，每顆衛(wèi)星所需的三組支架總制造周期已壓縮至一個(gè)月以內(nèi)。

Castro Matías進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)：這些改進(jìn)顯著降低了設(shè)備在資格測(cè)試階段因熱應(yīng)力導(dǎo)致的故障率。鑒于航天活動(dòng)的高昂成本，保護(hù)硬件設(shè)備免于潛在故障顯得尤為重要。增材制造工藝為項(xiàng)目的關(guān)鍵環(huán)節(jié)帶來(lái)了可量化的效益，且無(wú)需在其他方面做出妥協(xié)——‘零妥協(xié)’正是工程師們夢(mèng)寐以求卻難得一遇的技術(shù)方案。

通過(guò)EOSINT M 280設(shè)備打印的金屬零件

除技術(shù)優(yōu)勢(shì)外，該項(xiàng)目還實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)的成本控制：僅生產(chǎn)成本就降低了20%以上。更值得一提的是，工程師團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了部件“瘦身”——單個(gè)支架減重約300克，這意味著每顆衛(wèi)星累計(jì)可減重近1公斤。值得一提的是，歐洲航天局（ESA）為該計(jì)劃提供了支持。該項(xiàng)目的圓滿完成，為這種高效生產(chǎn)技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的更廣泛應(yīng)用鋪平了道路。

采用鈦合金作為衛(wèi)星固定支架材料已被證明極具成效。然而，其最大弱點(diǎn)在于支架與饋源反射器組件碳纖維面板的連接處——此處熱應(yīng)力始終是重大隱患。得益于增材制造技術(shù)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)成功重新設(shè)計(jì)支架結(jié)構(gòu)，徹底消除了這一薄弱環(huán)節(jié)。此外還獲得了多項(xiàng)附加優(yōu)勢(shì)，包括生產(chǎn)周期縮短、成本效益提升以及產(chǎn)品重量減輕。