Xometry擇冪科技利用定製式生產製造用於生物實驗的超小型衛星

• 行業： 航空航太
• 製造工藝應用： CNC加工及 3D 列印
• 挑戰：採購到高品質、輕質和材料合適的工業零件
• 解決方案： 利用Xometry擇冪科技的廣泛製造網路和即時報價引擎使採購流程更便捷透明

2019年，來自希臘塞薩洛尼基亞里士多德大學（the Aristotle University of Thessaloniki）的SpaceDot團隊迎來了一個極具挑戰性的項目，他們要製造一個可以繼承到小型航天器上的超小型衛星，供航空生物學研究人員進行高通量實驗。在概念驗證階段，研究小組希望開發出一個平台並利用它研究微重力和空間輻射對酵母細胞的影響。因此，跨學科研究項目 —— AcubeSAT 應運而生。

這個項目既有充滿熱情的在讀學生，也有多個具有 STEM 和生物科學背景的研究員。但由於他們所在的大學並沒有專門的航空航太學院或學科，他們無法得到專家的指導也無法進行實驗。為了得到專業領域的支持，他們報名參加了歐洲航太局（ESA）名為「讓衛星上天去！3」（「Fly Your Satellite 3!」）的競賽項目。假如SpaceDot 能在一眾歐洲學生團隊中脫穎而出，他們就可以成為歐洲航太局教育辦公室資助計畫的一員，完成他們的「太空任務」。

AcubeSAT 超小型衛星：讓生物學上太空

來自 SpaceDot 團隊的項目負責人 George Pliakis 向我們介紹了這個項目：SpaceDot 團隊在意識到目前 2500 顆被送入太空的航天器中只有不到 10 顆是用來研究生物系統的，考慮到在太空進行生物實驗的難度，他們想到了是不是能在一顆超小型衛星上進行生物實驗。

這顆超小型衛星內部有一個自行製造的加壓容器，裡面裝載一個由微型晶片控制的實驗室系統。因此，這個矩形塊上布滿了錯綜複雜且相互連接的通道，可在微觀尺度上精確控制液體輸送。晶片內設有 100 個微小空間，容納與人體細胞 DNA 結構相似的酵母細胞。

負責協調衛星結構子系統設計的 Angelos Mavropulos 補充說明，這套實驗系統所依賴的科研晶片稱為微流控晶片，晶片間的通道可相互連接，使液體得以流通。研究小組可藉由微流控晶片，研究低地軌道上的輻射與微重力條件對細胞的影響：因為每個細胞都包含一種特殊蛋白質，此蛋白質的生產水平越高，對光線的螢光反應就越強烈。因此，實驗系統內設計了環形 LED PCB 藍光，研究人員便能透過觀察蛋白質的螢光反應，研究細胞的生產水平與演變情況。

「整個過程並不難理解，」Mavropulos 說，「我們添加了一台可以拍攝細胞照片的高性能相機。這樣我們就能觀察細胞發出多少螢光，追蹤幾個月後得出研究結論。」實際上，條件一致的對比實驗也會在地球進行，同時為了研究太空環境對細胞的影響，實驗將在任務期間的三個特定時間點重複進行。

一台真的要飛起來的原型飛行器

“在航空航天工程行業，衛星通過驗證有兩個方法，一種是先有一台驗證用的衛星，通過了再造一台正式的。第二種方法叫原型飛行試驗（protoflight，是原型 prototype 和 飛行器 Flight 的結合），也就是只有一台裝置但是既用於驗證也是成品的衛星。” Mavropulos 介紹道。因為更節省時間和成本，SpaceDot 決定採用第二種方法。

因此，假如衛星首次發射失敗，對團隊和項目的打擊將是致命的。SpaceDot 團隊十分清楚中間的風險和挑戰，他們先做了一個碳纖維的複製品，然後確保該複製品能夠在衛星軌道上順利飛行。工程團隊把每個項目細節都分解到極致——每個機械零件到微流控晶片再到通信系統零件都逐一分析和校驗，然後團隊就進入了零件採購和環境條件實驗階段。

測試於 2022 年 12 月底在比利時進行，並取得了巨大成功。這為團隊提供了更多寶貴的證據，證明 AcubeSAT 超小型衛星能夠飛入太空。

嚴格且可追溯的工作流程

除了遠程管理團隊的挑戰外，SpaceDot 還面臨著一個重大挑戰，即確保衛星的所有定制組件都能實際生產出來並順利安裝在相對小的結構中。畢竟這個小衛星要承載計算機通信、電源、整個生物實驗系統和用於維護結構的其他支持性元件，這可不是件容易的事。

該項目的通信系統工程師 Eleftheria Chatziargyriou 補充介紹說：”在航空航天業，你需要遵循已有的流程，並確保我們所做的一切都具有可重複性和可追溯性。”這也是 AcubeSAT 項目面臨的一大挑戰。

利用 Xometry擇冪科技快速獲得高品質零件

為了讓生產的零件完全符合嚴苛的要求——嚴格的公差、適合用於航空航天的材料以及必須精確裝配，SpaceDot 不得不求助於其專業的合作夥伴，而 Xometry 就是其中之一。

大部分的本地供應商並不願意承接這樣的小型項目，但 Xometry 擇冪科技的製造服務讓 SpaceDot 團隊成功地獲得了所有需要的零部件。Mavropulos 說：「Xometry 擇冪科技絕對是獲得航空航天零部件的絕佳途徑之一。」

對 SpaceDot 團隊來說，Xometry 擇冪科技能夠成功生產奈米衛星的天線模組是非常難得的，因為該模組需要用到特殊的 6082 鋁材和 PEEK 部件，而團隊對成品非常滿意。Mavropulos 說：「我們的特殊裝置有很多螺絲，每個螺絲的位置都必須準確無誤。如果一個螺絲或者螺孔錯位，整個模組就無法組裝。但在測試過程中一切都很順利！」

在設計階段，Xometry 擇冪科技的即時報價引擎同樣發揮了重要作用。團隊只需要在線上傳 3D 設計檔案和技術圖紙，基於 AI 的報價引擎能夠快速地提供估價。哪怕團隊需要臨時更改設計，也只需要簡單點擊頁面幾下就能獲取更新的報價。Mavropulos 補充說：「Xometry 擇冪科技的團隊總是快速提供回饋，還會幫我們檢查設計檔案。」

計劃於2024年發射的衛星

AcubeSAT 項目的下一個節點將是在 2024 年發射衛星，整個任務預計將持續一年半左右。這麼長的時間才足夠讓衛星上的微流體晶片收集足夠資訊、團隊捕捉對應的影像資訊並完成實驗分析。  

所以在接下來的幾個月，SpaceDot 團隊將開始組裝這顆超小型衛星並在正式發射前再進行一輪測試。

關於SpaceDot

SpaceDot 團隊由來自塞薩洛尼基亞里士多德大學的學生和研究人員組成，AcubeSAT 是 SpaceDot 團隊的一個跨學科科研項目。這個雄心勃勃的超小型衛星項目，得到了歐洲航天局（ESA）教育辦公室的資助，SpaceDot 也成功成為「讓衛星上天去！3」（“Fly Your Satellite 3!”）太空計畫項目三強團隊之一。