حل مسئله فضایی با اصول اوریگامی

مهندسانی که ماهواره‌های مقید به فضا و آرایه‌های خورشیدی را طراحی می‌کنند با یک چالش نسبتاً طعنه‌آمیز روبرو هستند – کمبود فضا. برای غلبه بر این مشکل، مهندسان هوافضا به منبع جالبی برای الهام گرفتن روی می آورند: اوریگامی، هنر باستانی تا کردن کاغذ ژاپنی.

اوریگامی کاربردهای جدیدی پیدا می کند

تعداد شگفت‌انگیزی از پروژه‌های مهندسی مدرن وجود دارد که از اوریگامی برای حل چالش‌های طراحی استفاده می‌کنند، مانند استنت قابل نصب ، طراحی شده توسط Kuribayashi و همکاران، یا تلسکوپ عینکی الهام گرفته از اوریگامی ، طراحی شده توسط Lawrence Livermore National. آزمایشگاه (LLNL) با کمک هنرمند اوریگامی رابرت لانگ. به‌عنوان یک علاقه‌مند آماتور اوریگامی، من شیفته روش‌های مختلفی بودم که مهندسان این هنر باستانی را در طرح‌های خود گنجانده‌اند.

مدل اوریگامی به نام “Spring Into Action” که توسط جف بینون طراحی شده و از یک تکه کاغذ مستطیلی ساخته شده است.

گاو نر، خیس از یک ورق کاغذ.

استفاده از اوریگامی برای بهینه سازی بسته بندی پنل های خورشیدی

یکی از این پروژه‌ها که توجه من را به خود جلب کرد در حال حاضر توسط دانشمندان ناسا در حال انجام است. این گروه از تکنیک‌های اوریگامی برای بهینه‌سازی بسته‌بندی و استقرار پنل‌های خورشیدی و سایر اشیاء بزرگ ارسال شده به فضا استفاده می‌کند.

برای چندین دهه، انرژی خورشیدی فضایی(SSP، همچنین به نام انرژی خورشیدی مبتنی بر فاصله، SBSP) موضوع بسیاری از مقالات تحقیقاتی و البته به عنوان برجسته ترین رمان های علمی تخیلی برجسته شده است. با این حال، تا همین اواخر بود که پتانسیل چنین منبع انرژی تجدیدپذیر به واقعیت تبدیل شده بود. پیشرفت‌های اخیر در انتقال برق بی‌سیم، و همچنین نگرانی روزافزون جهانی در مورد اثرات زیست‌محیطی گازهای گلخانه‌ای، منجر به علاقه مجدد به SSP شده است. در حالی که مزارع بادی و آرایه های خورشیدی مستقر در زمین، حجم زیادی از زمین را اشغال می کنند، طرح های فعلی برای SPS ها (ماهواره های انرژی خورشیدی) تنها به یک رکتنا نسبتا کوچک برای دریافت و تبدیل انرژی مایکروویو به برق DC نیاز دارند. علاوه بر این، SPS ها می توانند انرژی را بدون تلفات ناشی از جذب اتمسفر جمع آوری کنند و می توانند 24 ساعت در روز فعال باشند (بر خلاف 12 ساعتی که یک آرایه زمینی می تواند اشعه های خورشید را جمع آوری کند). این عوامل، در میان عوامل دیگر، SSP را تا حد زیادی به بزرگترین منبع انرژی بالقوه ارائه شده تبدیل می کند.

در حالی که اجرای اولین SPS ممکن است هنوز خیلی دور باشد، تکنیک‌های اوریگامی برای کمک به مهندسان ناسا و سایر سازمان‌ها برای یافتن راهی برای ارسال آرایه‌های خورشیدی بزرگ و شکننده به فضا استفاده می‌شوند. در مقاله ” چتر خورشیدی: نمایش کم هزینه انرژی خورشیدی مبتنی بر فضای مقیاس پذیر “، محققان آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا (JPL) امکان سنجی و هزینه ساخت و استقرار یک مزرعه بادی نیروی خورشیدی در فضا را بررسی می کنند. در تصویر زیر نشان داده شده است که چتر خورشیدی را پس از پرتاب به مدار به عرض کامل خود منبسط می کند.

استقرار آنتن ارسالی از طریق مدل فلاشر مبتنی بر اوریگامی با ضخامت. برگرفته از مقاله ” چتر خورشیدی: نمایش کم هزینه انرژی خورشیدی مبتنی بر فضای مقیاس پذیر “.

Miura-Ori برای طراحی بادبان خورشیدی استفاده می شود

هنگام بحث در مورد چتر خورشیدی در مصاحبه اخیر با رادیو ملی ملی (NPR)، محققان به Miura-ori (ori به معنی چین) اشاره کردند، یک چین معروف اوریگامی که توسط اخترفیزیکدان ژاپنی، Koryo Miura در سال 1970 اختراع شد (روی پیوند NPR کلیک کنید. برای دیدن نمونه ویدیویی). این چین بعداً برای طراحی یک بادبان خورشیدی مورد استفاده قرار گرفت که در واحد پرواز فضایی ژاپن به فضا پرتاب شد .

با تاشو Miura، می‌توانید یک تکه کاغذ بزرگ بردارید و آن را در یک فضای کوچک تا کنید و – مهمتر از همه – آن را با یک حرکت دوباره باز کنید. برای پانل‌های خورشیدی محدود به فضا، این بدان معناست که تنها از یک موتور برای استقرار باید استفاده شود. در چتر خورشیدی که در بالا نشان داده شده است، تنوعی از چین‌خوردگی میورا برای ایجاد طرح مورد استفاده قرار گرفته است که به آرایه خورشیدی با قطر 25 متر اجازه می‌دهد در فضایی به ابعاد 2.8 متر در 4 متر قرار گیرد.

انرژی خورشیدی مبتنی بر فضا در مقاله اخیر IEEE Spectrum ” چگونه ژاپن برای ساخت مزرعه خورشیدی مداری برنامه ریزی می کند ” مورد بررسی قرار گرفت، جایی که می توانید اطلاعات بیشتری در مورد آژانس اکتشافات هوافضای ژاپن (JAXA) و طرح های آنها برای مزرعه SSP بخوانید.

بیشتر خواندن

• تطبیق ضخامت در آرایه های قابل استقرار مبتنی بر اوریگامی
• تد تاک: ریاضیات و جادوی اوریگامی