杨百翰大学的研究人员为火星探测器开发了这种折纸风箱。压缩后，右侧所示的风箱折叠后尺寸为其展开尺寸的 1/30。（图片来源：Liz Kruesi）虽然天文学是我的最爱，但我有时也会涉足其他科学领域。本周，我参加了一个机械工程会议，并参加了专门探讨折纸在工程设计中影响的会议。幸运的是，其中有几场讲座将这一工程领域与太空应用结合起来。其中最酷的一个是基于折纸折叠的可压缩管。这种管（称为风箱）在地球上有很多用途——例如连接飞机登机桥和飞机开着的舱门——而在太空中，它可以保护风箱内部的一个较小的工具，该工具可以伸出。目前在火星上运行的最先进的探测器“好奇号”在其系统中有一个钻头，用于采集该行星上的物质。那个钻头及其相关仪器位于一个金属风箱内。NASA 下一个红色星球探测器——Mars2020——也将配备风箱。研究人员一直在为未来的太空探索任务研究折纸版本。风箱需要能够压缩（用于储存）并在需要时展开。（再次想想飞机登机桥和飞机之间的风箱。在不使用时，风箱和登机桥都会被压缩并靠近航站楼。）将在 Mars2020 上飞行的金属风箱的压缩比为 1:8，这意味着其展开长度是压缩长度的 8 倍。但是，如果能使压缩比减小呢？折纸是纸张折叠的艺术，因此，毫不奇怪，它的影响带来了压缩比更小的风箱：1:30。这导致了更小的压缩结构。杨百翰大学的 Jared Butler 是这项折纸风箱研究的负责人之一，他解释了其益处。“如果我能减少风箱在压缩状态下占用的体积，我也可以减少用于存放风箱的轴长度，从而减轻了我机构的质量。”这对于航天飞行来说是个好消息。研究人员专注于一种可以用于 Mars2020 的风箱，这意味着他们可以将实验室测试规格与“好奇号”上的金属风箱进行比较。在确定了称为Kresling的折叠图案后，他们手工折叠了多种不同的柔性工业材料和薄膜（如聚乙烯）。红色星球拥有严酷的环境条件，为确保其折纸风箱能够承受这些条件，Butler 和他的同事与喷气推进实验室合作。为了模拟火星沙尘暴，他们将风箱放在一个装置中，强力风扇将沙粒搅动，撞击每个风箱。火星稀薄的大气层在表面几乎阻挡不了紫外线（UV）辐射，为了测试暴露情况，研究人员将每个样品放入另一个带有氘灯的腔室中，用高剂量的紫外线照射每个风箱。为了测试昼夜温差，Butler 和他的同事使用了另一个带有干冰的腔室，并观察了样品可以承受多少次压缩-膨胀循环。关键在于测试结构何时会撕裂（如果会撕裂的话），不出所料，撕裂发生在多个折叠相交的点，称为顶点。尽管他们取得了非常可喜的结果，但 NASA 还是选择了以前的金属风箱设计用于未来的 Mars2020 探测器。用于 ARM 的风箱但这并不意味着这项工作是徒劳的。一项仍在开发阶段的任务将使用更大版本的 Kresling 折纸风箱——前提是该任务获得国会的批准。这是 NASA 的小行星重定向任务 (ARM)，它有些争议（但那是另一回事了）。在这个项目中，一个较大的钻头将始终位于折纸风箱内，在运行时进行展开和压缩。在 ARM 任务中，该仪器将不会在行星表面运行，而是在太空中飞行的小行星上运行。这种环境的严酷条件与火星表面的情况不同。例如，在开放空间中没有沙尘暴需要应对，但存在微陨石。好消息是，钻头和风箱将放置在钛笼内，以阻挡陨石和任何紫外线辐射。Butler 表示，他们仍然需要测试岩石碎片：这是钻入小行星过程中会飞溅起来的物质。风箱将保护航天器、其机械装置和齿轮免受碎屑的侵害。到目前为止，这种折纸结构已经通过了研究人员进行的每一项测试。尽管如此，BYU 团队仍有一些关于风箱未解决的问题。首先，他们处理过的所有样品都是手工折叠的。每个样品有 59 道制作折痕，样本之间肯定会存在不一致。他们需要找到一种方法，每次都能制造出完全相同的结构。另一个问题是，要得到一个圆柱体，你必须取一张平面，压出折痕，然后连接这张纸的两个相对边缘形成一个圆柱体。胶带和其他类似的粘合剂在太空的极寒温度下不起作用。工程师们沿着这个边缘用凯夫拉尔线缝制，但这会在缝制过程中在风箱上留下小孔。但 Butler 对克服这些障碍并不担心。**不仅仅是钻头**折纸风箱并不是折纸工程在太空中的唯一应用。航天器上的大型太阳能电池板以及通过阳光压力帮助太空探测器在太空中旅行的太阳帆，在发射时必须大大缩小。（火箭的存储空间是有限的。）寻找系外行星的科学家们也希望在不久的将来能看到另一种可以利用折纸影响的结构。这将是一个巨大的向日葵状遮阳罩，它将与望远镜协同飞行，阻挡恒星的光线，从而使望远镜能够观测到系外行星反射的微弱光线。这个遮阳罩直径将达到 100 英尺。为了安全地将这种材料塞进火箭，一种想法是折叠中心盘，然后将花瓣环绕在折叠的盘上。一旦进入太空，它就会展开。尽管制造出发射用的遮阳罩还需要十年时间，但研究人员正在实验室建造原型，以找到理想的折叠图案和材料。这些太空结构只是工程师们融合已有数百年历史的折纸艺术的几种方式。当然，这种影响增加了酷炫的因素。但它也在改进已经进入太空的技术。保存保存
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