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波音：3D打印寬帶全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)WGS-11+，交付時間縮短至5年！

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2022年3月1日，波音公司(BA)宣布開始使用3D技術(shù)建造新一代寬帶全球SATCOM系統(tǒng)（WGS），縮短產(chǎn)品交付周期。波音公司正在建造美國空軍的新一代 WGS-11+，該系統(tǒng)比之前的系統(tǒng)具有更強的任務(wù)支持能力和抗干擾能力。通過將3D打印引入通信衛(wèi)星的生產(chǎn)工作，波音公司公司預計能夠大幅縮短設(shè)備的交付周期，從長達10年縮短到5年。

空間系統(tǒng)司令部地球同步地球軌道和極地部門高級裝備負責人Col. MattSpencer說：“我們正以前所未有的速度進行生產(chǎn)，為我們的作戰(zhàn)人員提供具有高彈性、高效率和高吞吐量的WGS-11+。波音能夠?qū)⒆钚碌纳虡I(yè)技術(shù)快速集成到我們的基礎(chǔ)設(shè)備中，使我們在戰(zhàn)場上具有競爭優(yōu)勢?！?/span>

△WGS-11+預期外觀的渲染。圖片來自波音。

3D打印可飛行部件

作為一家跨國制造商，波音公司需要在龐大的產(chǎn)品組合中建造和維護飛機，因此不需要斷尋求更有效的方式實現(xiàn)這一目標。在航空航天領(lǐng)域使用3D打印的困難之一是需要使制造的零部件能夠通過性能檢測等高水平監(jiān)管，波音公司通過與行業(yè)伙伴進行合作克服這一問題。

例如，波音已與EOS建立合作關(guān)系。EOS曾開發(fā)一種航空級PEKK材料，專為滿足美國聯(lián)邦航空條例中規(guī)定的紫外線和阻燃標準而設(shè)計，最近這種航空PEK材料通過了Stratasys的Antero800NA燈絲的飛行認證。波音公司還在其自己的生產(chǎn)工作流程的多個領(lǐng)域中應(yīng)用增材制造技術(shù)，包括建造其777X噴氣式飛機，此噴氣式飛機由具有300多個3D打印部件的GE9X發(fā)動機提供動力（與通用電氣合作）。據(jù)了解，波音與美國空軍研究實驗室和Thermwood合作，擁有能夠經(jīng)濟高效地適應(yīng)迭代的3D打印航空高壓釜工具。在LEO設(shè)備的制造方面，波音公司早在2017年就公布了3D打印衛(wèi)星的計劃，此后它推出了具有50多個增材制造組件的SES-15系統(tǒng)，并利用該技術(shù)生產(chǎn)從金屬天線到旨在加快航天器生產(chǎn)的模塊化部件。

△波音777X噴氣式飛機和部分3D打印的GE9X發(fā)動機。照片來自波音

改善美國國防協(xié)調(diào)能力

自2019年簽訂合同以來，波音公司一直在全力開發(fā)美國太空部隊最新的WGS系統(tǒng)，這是旨在連接美國、加拿大和澳大利亞部隊的衛(wèi)星系統(tǒng)中的第11個系統(tǒng)。WGS設(shè)備因為具有更高的吞吐量可以取代目前用于軍事協(xié)調(diào)的舊國防衛(wèi)星通信系統(tǒng)。

波音公司已成功在702X衛(wèi)星研發(fā)中取得一些進步，并希望將這些優(yōu)勢提升到一個新的水平。WGS-11+圍繞相同的相控陣技術(shù)構(gòu)建，將能夠同時產(chǎn)生數(shù)百個電子控制波束，為用戶提供超過現(xiàn)有WGS衛(wèi)星兩倍的任務(wù)容量。更重要的是，像720X一樣，每個單獨的光束都可以根據(jù)特定操作進行調(diào)整，提高了解決任務(wù)的靈活性和響應(yīng)能力。WGS-11+也可以使用雙極化縮小波束寬度防止干擾。為了實現(xiàn)改進衛(wèi)星的目標，波音公司在去年底與美國太空部隊會面，此時他們已在進入生產(chǎn)階段前通過了關(guān)鍵的設(shè)計審查。波音公司承諾在系統(tǒng)建設(shè)中使用先進的制造方法，例如3D打印，這能夠降低顯著的成本、縮短交貨時間并提高系統(tǒng)性能。

通過增材制造數(shù)千個WGS-11+部件預計能夠?qū)⑼ǔＰ枰?/span>7到10年的交付時間縮短至僅5年，而完成的系統(tǒng)現(xiàn)已計劃在2024年交付。

波音衛(wèi)星部門副總裁Troy Dawson說：“我們正在為WGS-11+打印一千多個零件，能夠以提高系統(tǒng)性能的方式進行定制，而無需大量的集成時間或定制工具，我們了解速度對任務(wù)的重要性，應(yīng)用3D打印能夠提高解決問題的速度?！?/span>

3D打印信號增強型衛(wèi)星

波音并不是唯一一家通過3D打印技術(shù)縮短衛(wèi)星的交付周期和提高最終性能的航空航天制造商。2021年初，Airbus透露，它已設(shè)法將 500 多個射頻部件集成到Eutelsat的Hotbird衛(wèi)星中，例如開關(guān)組裝網(wǎng)絡(luò)和多波導塊，以提高廣播能力。 Fleet Space還公布了在2022年發(fā)射全3D打印“Alpha”衛(wèi)星的計劃。該系統(tǒng)主要通過先進的波束成形技術(shù)進行建造，通過增材制造的金屬天線陣列發(fā)揮作用，具有數(shù)字信號處理能力，旨在連接更多的用戶。

在量產(chǎn)應(yīng)用方面，Thales Alenia Space透露，早在2019年它們就已經(jīng)對Spacebus NEO平臺的部件進行了量產(chǎn)。這些部件首先安裝在商業(yè)Eutelsat KONNECT衛(wèi)星上，為西歐和非洲地區(qū)提供更快的寬帶連接。