JP2019535560A - 構造物の軌道上製造のための積層造形システム - Google Patents

Abstract

宇宙機バスを備える宇宙機。宇宙機バスの外部で物体を印刷するために原材料を送達する少なくとも１つの押出機を備える、宇宙機バスの付加製造システム。天体に対する宇宙機バスのポーズを確定するセンサ。付加製造システム及びセンサと通信する少なくとも１つのプロセッサが、宇宙機バスの外部で物体を製造するために、宇宙機バスのポーズに応じて付加製造システムの動作を制御する。

Description

本開示は、包括的には付加製造に関し、より詳細には、３次元（３Ｄ）印刷による軌道上での３Ｄ物体の製造に関する。

３Ｄ印刷は、使用するために宇宙空間内に送出される前に作成されるデジタルモデルから任意の形状の３次元物体を作製する付加製造プロセスである。例えば、宇宙探査機及び通信衛星等の宇宙機のための現行のアンテナは、一般に、宇宙空間における使用に応じた構成で、地球上において地上で製造される。これらのアンテナは、宇宙空間にロケットで輸送される宇宙機内に収容されている間、離陸の加速及び振動音響力に対処することができるように、オーバースペックにしなければならない。この力は、１４Ｇ（Ｇの力又は重力）の直線加速度、５０Ｇの広帯域振動、１３８デシベル（ｄＢ）のノイズレベルを、最大５００Ｇのシングルイベント衝撃（ゴダード宇宙飛行センターの試験プロトコルによる）とともに含む可能性がある。

したがって、宇宙空間において宇宙機で使用されるように意図された、大部分のアンテナ、又はそのためのいかなる構造も、それらが（無重力で宇宙機においてアンテナ又は構造体であるという）それらの主要ミッションを行うために必要であるより、はるかに強固であり、重量がある。

宇宙機打上げコスト及びミッション能力は、宇宙機の重量により略完全に左右されるため、重量のあるオーバースペックアンテナをより軽量にする手段を見つけだすことに高い価値がある。

フルサイズの剛性アンテナの従来の代替物は、アンテナを、地球上において地上で折畳み式であるように構築するというものであり、後に、宇宙空間に運ばれた後に、及び打上げ中、モータ、火工品装置（「分離ボルト」）又は他の熱膨張モータ等の機構が、その後、折り畳まれたアンテナを放出し、次いで、アンテナは、軌道上で所望の形状に展開する。

不都合なことに、これにより、レバーアームが長くかつばね力が低いことが必要とされる（真空展開において空気による粘性減衰がないため、力を低く維持しなければならない）ため、ジャミングを含む多くの問題が起こりやすい、非常に複雑かつ精密な展開機構がもたらされる。このタイプの折畳みアンテナの一例は、アポロ月面実験装置（ＡＬＳＥＰ）送信器アンテナであり、それは、月面でアポロ宇宙飛行士により展開され、手動で地球に照準が定められた。別のそれほど好都合ではない例は、ガリレオ木星探測機における折畳み式アンテナであり、そこでは、アンテナは、可撓性があり、傘のように畳み込むように設計されていたが、１８本の傘の骨のうちの１５本のみが、実際にそれらの保持カップから飛び出し、アンテナは部分的に折り畳まれたままとなった。この失敗は、木星から戻される科学データの全体的なデータレートに大きく影響を与え、問題を試行し修復するために資源を消費する一方でミッションコストが増大し、修復努力は不成功に終わり、ミッションプロファイルは、故障したアンテナで利用可能なより低いデータレートで作業するように変更された。アンテナの展開は、単に、地上で構造体を製造し、その後それを宇宙空間に送出することの多くの問題のうちの１つである。

例えば、折畳み傘式アンテナであっても、折畳み傘式アンテナは、ペイロード打上げコンパートメントの利用可能な最大寸法の２倍より大きくすることができない、というような、構造的限界がある。この構造的限界は、最大データレートを低減させることを含む、アンテナの動作態様に直接影響を与える。例えば、宇宙機における送信器出力は、高利得アンテナに対する必要とともに非常に限られているため、高密度に集束されたアンテナビームは、低い送信器出力に対する最良の補償である。伝統的に、円形アパーチャーを備える任意の電磁集束装置（アンテナ、レンズ、顕微鏡又は望遠鏡であっても）の最も高密度に集束されたビーム角度は、１．２２λ／ｄラジアンであり、ここで、λ（ラムダ）は波長であり、ｄはアンテナの直径であり、１ラジアンは約５７．７度の角度である。したがって、アンテナの高密度な集束のために、小さい波長（小さいλ）及び大きい直径のアンテナ（大きいｄ）が最も好ましい。

地上において製造されたアンテナは、特定の構造的限界まで保持され、すなわち、宇宙空間に送出される宇宙機内で折り畳まれて収まらなければならないため、品質及び信頼性とともに、動作使用を大幅に制限する。無線アンテナ設計における従来の一般則は、指向性アンテナのサイズは、その指向性アンテナが集束させている波の波長の少なくとも５倍、好ましくは、２０倍未満であるべきである、ということである。５倍より小さいいかなる倍数も、アンテナの動作使用に直接影響を与え、指向性を低減させる。一方、動作波長のサイズより２０倍を超えて大きいアンテナは、アンテナ表面にわたって維持される必要のある精度のために、構築するために指数関数的により費用がかかることとなる。

第２の一般則は、アンテナ反射要素又は反射及び屈折両方の面の位置決めは、理想の位置のλ／４内に配置しなければならず、λ／１０より高い配置精度は、集束の鋭さに有意な利益はなく、製造コスト及び最終的な重量が増大するのみである、ということである。

例として、適度に大型の衛星及び小さい波長を考慮すると、Ｓバンド波長マイクロ波送信器（λ≒１００ｍｍ）と、１メートルの直径を有する剛性の非折畳み式ディッシュとを使用することにより、正確なビーム集束を達成することができる。この構成は、１２：１ビーム角、すなわち約１０度を与え、これは、月軌道から見ると、地球の直径の約２倍である。しかしながら、ＵＨＦにおいて４４０ＭＨｚ（λ＝７００ｍｍ）では、同じ１メートルディッシュは、指向性アンテナとしては事実上無用であり、その理由は、ディッシュは、１波長より有意に大きくはなく、１．２２λ／ｄは１ラジアンより大きく、すなわち、ビームは６０度を超える幅であるためである。

この問題は、「キューブサット（cubesat）」等のより小型の衛星の場合に悪化し、そこでは、宇宙機全体が、ＵＨＦ帯域において１波長よりはるかに小さい可能性があり（例えば、California Polytechnic Cubesatプログラムにおける許容される最大の宇宙機は、１００ｍｍ×１００ｍｍ×３００ｍｍである）、半径３００ｍｍの完全折畳み式ディッシュは、指向性を全く有しておらず、半径５０ｍｍ（キューブサットに収まる最大半径）の剛性ディッシュにより１００ｍｍ波長Ｓバンドで動作するように衛星を変更することは、１．２２λ／ｄが依然として１よりはるかに上回るため、アンテナを指向性にするには十分ではない。

キューブサットプログラム自体は、教育分野のユーザに対して意図されているが、他のマイクロサット（非常に小型の衛星）の概念は、他の目的に対して、特に、地球低軌道通信及び資源衛星に対して、探求されており、これらの衛星に対して好適な指向性アンテナ技術は非常に価値がある。

要約すると、衛星上の大型アンテナは、「相反する目標」である。相反は、動作使用のために指向性を改善するようにアンテナサイズを増大させることと、送信器出力を節約することと、深宇宙ミッションにおいても高いデータレートを可能にすることとの間にあり、その目標は、ロケット打上げの極度のＧの力及び振動に対して頑強である、小型かつ軽量の宇宙探測機にするという目標と相反する。

したがって、本技術分野において、宇宙空間に送り出された従来のアンテナの限界を上回ることができる、軽量でありかつサイズが制限されない、宇宙空間における動作可能なアンテナ及び他の構造体が必要とされている。

本開示は、付加製造のためのシステム及び方法に関し、より詳細には、３次元（３Ｄ）印刷による軌道上での３Ｄ物体の製造に関する。

本開示の実施形態は、宇宙機の外部で大型の物体を製造するために、宇宙機が、天体に対する宇宙機のポーズを制御することとともに、３Ｄプリンタを備えた制御可能な付加製造システムを有する、ということの実現に基づく。宇宙機のセンサが、天体に対する宇宙機のポーズを確定することができる。そこでは、付加製造システム及びセンサ（複数の場合もある）と通信するプロセッサが、宇宙線の外部で物体を製造するために、宇宙機のポーズに応じて付加製造システムの動作を制御する。

付加製造システムは、所望の物体を構築するために使用される材料等の原材料を備える。フィラメント原材料用のスプール、又は液体及びスラリー原材料用のタンク若しくはシリンジ等の原材料容器。原材料は、使用される原材料に応じて容器を有していない場合もあり得る。付加製造システムは、２成分触媒／樹脂原材料と、フィラメント原材料のための電動部を備えたフィラメント駆動キャプスタン及びピンチローラー、又は流体原材料のための電動ポンプ若しくは電動シリンジ等の原材料供給装置とを有することができる。特定の位置に原材料を配置するためのノズル等の少なくとも１つの押出機。例えば、原材料が熱可塑性である場合、付加製造システムは、原材料を溶融させるためにヒーター及び温度センサを含む押出機を有することができる。複数のタイプの付加製造システムが液体原材料を使用する場合があるが、押出機は、樹脂及び触媒の液体を、特定の位置に配置する前に混合する、混合装置を含むことができる。押出原材料の押出成形品を、所望の物体の位置に対して特定の所望の位置に配置するための位置決めシステム。さらに、メモリを有するコンピュータ又は他のプロセッサ。メモリ自体は、特に、原材料の移動速度の制御の同時のタイミング及び実行、押出機における温度及び混合の制御、並びに、構築されている物体に対する押出機の速度及び動きの制御を指定する、一組の命令を含むことができる。さらに、プロセッサは、所望の物体を構築するために、これらの命令を他の命令とともに、指定されたタイミングで逐次実行することができる。

プロセッサは、Ａｒｄｕｉｎｏ又は更にはＲａｓｐｂｅｒｒｙ Ｐｉ等のコンシューマーオフザシェルフ（ＣＯＴＳ：consumer-off-the shelf）シングルボードマイクロプロセッサとすることができる。この特定の場合では、マイクロプロセッサは、キーボードコントローラ、グラフィックディスプレイジェネレーター等、衛星において必須ではない補助機能を含む可能性があるが、これらのデバイスは、そのコスト及び可用性により、オーダーメイドのカスタムマイクロプロセッサコントローラより低コストの代替物となる。

本発明者らは、特に、宇宙機より大型の物体を製造するために３Ｄプリンタを使用するように意図するため、宇宙空間における苛酷な環境条件を克服する必要があった。宇宙空間における環境条件は、電磁放射、磁場、ニュートリノ、塵埃及び宇宙線を含むとともに、低密度の粒子を含む高真空である。地球上の現行の３Ｄ印刷技術は、宇宙空間における微小重力状態環境の衝撃又は影響を考慮していない。微小重力及び高真空環境の幾つかの影響は、３Ｄ印刷の熱プロセス、原材料の溶融流れプロセス、原材料の溶融結晶化プロセス、印刷精度を制御するプリンタハードウェアアーキテクチャ及び機械的特性に影響を与えることを含む可能性がある。

最初に、本発明者らは、宇宙空間における３Ｄプリンタの動作を確実にするためにこれらの影響のうちの幾つかに対処することを選択する。具体的には、極めて高い温度及び低い温度とともに、極めて高レベルの光及び放射線に関する、３Ｄ印刷を動作させることに関連する問題を克服する必要があった。例えば、３Ｄ印刷は、原材料を押出成形するために特定の動作環境を必要とするため、すなわち、原材料が、光硬化材料、又は温度により形態を変化させる他のタイプの材料である場合、こうした環境条件／影響は、３Ｄ印刷プロセスを妨害するか又は停止する。原材料が、高レベルの光及び放射線及び／又は高レベル若しくは低レベルの温度にさらされる場合、押出成形プロセスは、早まった硬化のために停止し、硬化した原材料により押出機が詰まる／ふさがることになる。また、原材料が、温度により形態を変化させるタイプの材料であるか、又は、強度及び耐久性の所望の材料特性を達成するために、硬化時間若しくは紫外線への硬化曝露を必要とする場合、部分的に印刷された物体又は製造されたばかりの物体は、こうした苛酷な環境にさらされると変形する可能性がある。

本発明者らが考慮する必要があった別の付随する問題は、付加製造システムの他の構成要素／要素をこれらの苛酷な環境にさらすことである。特に、付加製造システムの構成要素／要素は、製造の前、製造中又は製造後のいずれかにおいて、宇宙空間の苛酷な環境条件のために、動作不能となるか又は欠陥のあるものとはならない。

宇宙空間において宇宙機の外部で３Ｄ印刷を使用して大型の物体を製造する本発明者らによる具現化は、今日、宇宙探査において直面する現行の問題を克服することに更に基づいた。例えば、アンテナ等、宇宙空間で使用される幾つかの現行の装置の技術的限界をいかに克服するか、その理由は、今日のアンテナは、宇宙機内に配置されなければならないため、サイズが非常に小さいためである。具体的には、アンテナの技術的限界は、物体（すなわち、アンテナ）を地球から宇宙空間内に運ぶための宇宙機ペイロード寸法に基づく構造的限界要件によりもたらされる。アンテナの寸法は、波伝播に関して、物理学的法則によって決まる。そのために、アンテナは、他のタイプの技術もあるが特に、通信技術において今日の技術的進歩を満たすレベルの性能を提供するために、宇宙機自体より大型である必要があることが多い。

この問題を解決しようとして、本発明者らは、宇宙機の寸法より大きい寸法を有する物体を宇宙空間内にいかに運ぶかを熟考した。本発明者らは、宇宙空間内にアンテナを運ぶために、アンテナは、打上げ中に重力（Ｇの力）に対処するために追加の支持体を必要とし、それにより、打上げコストが大幅に増大することを理解している。本発明者らは、アンテナが軌道上で所望の形状に展開する、地上においてかつ打上げ中では折畳み可能なアンテナの構造物に関する、新たな技術的概念を識別することを更に熟考した。しかしながら、本発明者らは、折畳み式アンテナの展開機構はエラーが発生しやすいという事実のために、この手法を迅速に却下した。

重量のあるアンテナの問題に対する本発明者らの解決法は、アンテナを地上で構築するのではなく、代わりに、宇宙機がノミナル軌道に達し、更なる高い重力操作が予想されなくなると、軌道上で、３Ｄ印刷によりアンテナを製造するというものである。したがって、更なる実験を通して、本発明者らは、近くの天体に対する宇宙機のポーズを考慮した場合にのみ、宇宙空間において直接、３Ｄプリンタを使用し、アンテナ又は他の任意の大型の物体を印刷することができる、ということを認識した。本発明者らは、宇宙機のポーズを制御することにより、３Ｄプリンタが印刷する領域における環境を制御し、３Ｄ製造プロセスのプリンタ操作性及び品質を確保した。

宇宙機のポーズは、天体に対してポーズを確定するセンサを使用して得ることができる。例えば、宇宙機のポーズは、宇宙機の姿勢と天体に対する宇宙機の軌道位置とのうちの一方又はそれらの組合せを含むことができる。天体は、太陽、地球、月又は恒星からなる群からのものとすることができる。本発明者らは、付加製造システム及びセンサと通信するプロセッサを使用して、物体、すなわち、この場合はアンテナを宇宙機の外部で製造するために、宇宙機のポーズに応じて付加製造システムの動作を制御することを決定した。宇宙機は、宇宙空間において使用される輸送体について言及するものである限り、宇宙機バス、又は他の指示用語で呼ぶことができる。

宇宙機のポーズを制御することにより、特に、天体に対する宇宙機の向き、宇宙機の移動からの光及び放射線の変化の速度とともに、極めて高い温度及び低い温度を制御することができ、それにより、付加製造システムは、３Ｄプリンタを利用して、宇宙空間において大型の物体を印刷することができる。上述したように、宇宙機は、３Ｄプリンタ及び少なくとも１つのセンサを備える制御可能な付加製造システムを含む。付加製造システムを宇宙機の一部の中に収容し、宇宙機の外面に位置する外部ドアを介して宇宙線の外部で操作することができることが企図される。しかしながら、付加製造システムの位置及び操作性の他の構成が企図される。

本発明者らは、コマンドシステム又は宇宙空間環境コマンドシステムを組み込むことにより、３Ｄプリンタが印刷する領域における環境を更に制御することもできることを、更に認識した。例えば、コマンドシステムは、押出機に近接する、又は宇宙機の外部の３Ｄプリンタが印刷する領域における宇宙空間環境条件を、確定し、制御し、又は両方を行うことに関する多数の機能を含むことができる。例えば、コマンドシステムは、特に、（１）温度を求める温度センサ、（２）光及び放射線のレベルを求める光及び放射線センサ、（３）宇宙機自体が地球の影にある場合であってもＵＶ硬化樹脂を時期尚早に硬化させる可能性がある月からの後方散乱紫外線（「月後方散乱」）を阻止することが望ましい場合があるような、押出機領域に近接する或る量の光及び放射線の曝露を制御可能に遮蔽する制御可能な保護シールド、並びに（４）物体を製造する前、製造中及び製造した後に、付加製造プロセスを制御しかつモニタリングするための撮像デバイス又はカメラを含む、制御可能なモニタリングデバイスにより、３Ｄプリンタが印刷する領域における環境条件を確定することができる。コマンドシステムは、特に、（１）制御可能に、原材料の表面の上に或るレベルの光を放出し、反射し又は遮断する、制御可能な光反射器、（２）原材料の硬化等、印刷プロセスの間に使用される（複数のレベルのビームを有する）か、又は押出成形プロセスのモニタリング光を提供する、制御可能な光源を使用することにより、３Ｄプリンタが印刷する領域における環境条件を制御することができる。

構築されているアンテナ又は構造体、及び利用される原材料の材料の詳細に応じて、宇宙機バスに対する特定のＸ、Ｙ、Ｚ位置において、構築されている物体の上に材料を配置することのみが必要である場合、比較的単純な３自由度印刷システムで十分である可能性がある。長繊維（電磁気に関する理由のための導電性繊維、又は物体の剛性を増大させるか、寸法安定性を提供するか、又は構造的強度を増大させるための高強度の材料の長繊維）を含む原材料を配置する等の他の状況では、４自由度又は５自由度（製造されている物体の局所表面形状に対する押出機の並進におけるＸ、Ｙ及びＺ並びに回転におけるＡ及びＢ等）が必要である可能性がある。特定のメタマテリアル構造設計に応じて、導電性銅の自己粘着性共振器から構成された原材料は、合計４自由度、５自由度、又は更には６自由度（並進におけるＸ、Ｙ及びＺ、回転におけるＡ、Ｂ及びＣ）が必要である場合がある。

さらに、押出機の供給動作自体が、制御しなければならない自由度であるとみなすことができ、温度及び圧力もまた能動的に制御することができ、配置された原材料を配置直後に硬化させるために使用される青色光若しくは紫外線ＬＥＤ又はレーザー等、任意の補助光源の強度並びにＸ、Ｙ、Ｚ、Ａ及びＢにおける位置決めもまた、制御しなければならず、最後に、補助偏向器又は部分金型が使用される場合、補助偏向器又は部分金型の位置、温度及びあり得る振動又は他の作動を制御しなければならない。

本開示の実現をよりよく理解するために、少なくとも幾つかの実施形態による３Ｄ印刷を実施する少なくとも１つの手法を提供する。例えば、非限定的な例により、最初に、宇宙機は、打上げ中に、軌道、すなわち宇宙空間に、頑強な低利得全方向アンテナのみを運び、そこでは、高重力事象である可能性がある初期操作が発生する可能性がある。宇宙機の高利得アンテナはまだ存在せず、それは、軌道上で構築される。

目的軌道に入ると、適切な端部フランジを備えたブームが起動される。この端部フランジは、ベースプレートとして使用することができ、３Ｄプリンタ押出成形ヘッドを使用して、所望のアンテナ形状を構築することができる。３Ｄプリンタ用の供給材料は、好ましくは、高温耐紫外線熱可塑性フィラメント、又は熱硬化性／光硬化性液体樹脂、又は高照度光又はＵＶで架橋して熱硬化性したがって耐熱性になる熱可塑性フィラメントのうちの１つとすることができる。別の可能性は、ＨＴ−ＰＬＡ等の再結晶ポリマーであり、そこでは、フィラメントに、核生成補助添加剤が添加され、核生成添加剤は、それらのクリープ温度近くの温度に数分間さらされた後、大型の結晶がガラス状押出成形ポリマーから形成されるようにし、ガラス転移温度を著しく上昇させる。本開示の態様によれば、商用の製品は、直射日光における軌道上動作に対して許容される２００℃の範囲の流れ温度を有することができることが可能である。

こうした軌道上構築用の付加材料の利益は、材料が、最終的な硬化又は結晶化を受ける際に何らかの比較的小さい寸法変化又は「クリープ」をもたらす可能性があるということである。特に、これらの動きは小さく、材料の１つ又は数個の層のみが硬化セッションの合間に付加的に堆積する場合、表面位置における全体的な誤差は、（位置決めシステムにより正確に配置される）押し出される原材料の次のパスがわずかな硬化クリープ誤差に適応するように、十分小さいものとすることができる。したがって、累積誤差はなく、構築される物体は、サイズ及び形状が正確となる。

３Ｄ印刷用の他の材料を同様に使用することができ、特に、金属及びセラミックは、本開示においてそれらの工学使用を魅力のあるものとする熱又は電気特性を有することができる。アンテナアレイが反射器として使用される場合、アルミニウム−亜鉛合金、アルミニウム合金、又はＶｉｔｒｅｌｏｙ １（４１％Ｚｒ、１４％Ｔｉ、１２％Ｃｏ、１０％Ｎｉ及び２２％Ｂｅ）等のバルク金属ガラス等の金属が、剛性構造及び電磁導電性面（又はバックプレーン構造を使用するメタマテリアルユニットセルのための導電性バックプレーン）を提供する。アンテナ構造は平坦である必要はなく、非平坦であり、及び／又は、非平坦部分とともに平坦部分を含む複数形状を含むことができる。

電波を有効に操作するために、アンテナ構造体は、（金属又は導電性供給材料、例えば、グラフェン装荷フィラメントを使用することにより）導電性であるか、又は、（アルミニウム蒸発器／スパッタリング装置による等）軌道上で導電性にされるか若しくは導電層（すなわち、粘着性の金属処理されたＭｙｌａｒ）が取り付けられることが必要となる。用途に応じて、必ずしもアンテナの表面全体を完全に３Ｄ印刷しない可能性があり、金属処理されたＭｙｌａｒ又はスプリットリング共振器を適所に保持するために、格子（三角形又は六角形のいずれかである可能性がある）のみを部分的に印刷することで十分である可能性がある。このアンテナ支持構造体の体積の低減は、多くの理由で特に魅力的である可能性があり、その理由は、軌道に輸送しなければならない質量の低減、アンテナを操作するための力の低減等があるためである。

本開示の一実施形態によれば、宇宙機バスを有する宇宙機を含む。宇宙機バスは、宇宙機バスの外部で物体を印刷するために原材料を送達する少なくとも１つの押出機を有する付加製造システムを備える。天体に対して宇宙機バスのポーズを確定する宇宙機バスのセンサ。付加製造システム及びセンサと通信する少なくとも１つのプロセッサが、宇宙機バスの外部で物体を製造するために、宇宙機バスのポーズに応じて付加製造システムの動作を制御する。

本開示の別の実施形態によれば、内部筐体を有する宇宙機バスを含む宇宙機、各内部筐体は、対角線寸法を含む一組の寸法を有する。宇宙機バスの外部で物体を印刷するために原材料を送達する少なくとも１つの押出機を有する付加製造システムを備える宇宙機バス。天体に対する宇宙機バスのポーズを確定する宇宙機バスのセンサ。宇宙機バスの外部で物体を製造するために、宇宙機バスのポーズに応じて付加製造システムの動作を制御する、付加製造システム及びセンサと通信する少なくとも１つのプロセッサ。製造される物体の対角線寸法の少なくとも１つの寸法は、宇宙機バスの内部筐体全てに対する一組の寸法又は対角線寸法のうちのいずれよりも大きい。

本開示の別の実施形態によれば、内部筐体を有する宇宙機バスを含む宇宙機、各内部筐体は、対角線寸法を含む一組の寸法を有する。宇宙機バスの付加製造システムが、宇宙機バスの外部で物体を印刷するために原材料を送達する少なくとも１つの押出機を備える。天体に対する宇宙機バスのポーズを確定する少なくとも１つのセンサ。押出成形の領域に近接する宇宙空間における環境条件を確定し、制御し、又は両方を行うコマンドシステム。付加製造システム、センサ及びコマンドシステムと通信する少なくとも１つのプロセッサが、宇宙機バスの外部で物体を製造するために、コマンドシステムによる、押出機の領域に近接する環境条件の確定又は環境条件の制御と組み合わせて、宇宙機バスのポーズに応じて付加製造システムの動作を制御する。製造される物体の対角線寸法の少なくとも１つの寸法は、宇宙機バスの内部筐体全てに対する一組の寸法又は対角線寸法のうちのいずれよりも大きい。

ここに開示されている実施形態は、添付図面を参照して更に説明される。示されている図面は、必ずしも一律の縮尺というわけではなく、その代わり、一般的に、ここに開示されている実施形態の原理を示すことに強調が置かれている。

本開示の一実施形態の幾つかの構成要素を示す概略図である。 本開示の一実施形態による、打上げの前及び打上げ中の、ブースターからの初期展開直後の（所望の高利得アンテナはまだ構築されていない）宇宙機の態様を示す、図１の実施形態の態様を示す概略図である。 本開示の一実施形態による、図１の実施形態の態様、特に、高利得アンテナの構築における第１のステップを示す別の概略図である。 本開示の一実施形態による、図１の幾つかの構成要素が部分的に宇宙機から離れる方向に延在している、図１の実施形態の態様を示す別の概略図であり、押出機を更に示す。 本開示の一実施形態による、図４Ａの実施形態の態様を示す別の概略図であり、３Ｄ印刷支持構造体１５０Ｉはこのとき、印刷プロセスが開始したことにより大きくなっている。 本開示の実施形態による、図４Ｂの実施形態の態様を示す別の概略図であり、継続するビルドプロセスの状態が進行し、それにより、３Ｄ印刷支持構造体１５０Ｉはここでは、印刷プロセスが図４Ｂに示すようなものから更に進んでいることにより、更に大きくなっている。 本開示の実施形態による、図５の実施形態の態様と、適所にあるメタマテリアルのスプリットリング共振器セルの２つの完成したリングを示す継続する印刷ビルドプロセスとを示す、別の概略図である。 本開示の実施形態による、図６の実施形態の態様と、適所にあるメタマテリアルのスプリットリング共振器セルの３つの完成したリングを示す継続する印刷構築プロセス、及び印刷の完了とを示す、別の概略図である。 本開示の実施形態による、異なる観察角度からの図７の実施形態の態様を示す他の概略図である。 本開示の実施形態による、異なる観察角度からの図７の実施形態の態様を示す他の概略図である。 本開示の実施形態による、使用の用意ができているパラボラアンテナ全体を示す図である。 本開示の一実施形態による、環境条件を検知する宇宙機バスの外面に配置されたコマンドシステムのセンサを示す概略図である。 本開示の一実施形態による、押出機に近接する宇宙空間における領域、又は他の構成要素に隣接する他の領域の、環境条件を制御する態様を示す概略図である。 本開示の一実施形態による、押出機に近接する宇宙空間における領域、又は他の構成要素に隣接する他の領域の、環境条件を制御する他の態様を示す概略図である。 本開示の実施形態による、代替的なコンピュータ又はプロセッサを使用して実装することができる、図９のコマンドシステムと通信するプロセッサ又はコンピュータを示すブロック図である。

以下の説明は、例示的な実施形態のみを提供し、本開示の範囲も、適用範囲も、構成も限定することを意図していない。そうではなく、例示的な実施形態の以下の説明は１つ以上の例示的な実施形態を実施することを可能にする説明を当業者に提供する。添付の特許請求の範囲に明記されているような開示された主題の趣旨及び範囲から逸脱することなく要素の機能及び配置に行うことができる様々な変更が意図されている。

以下の説明では、実施形態の十分な理解を提供するために、具体的な詳細が与えられる。しかしながら、当業者は、これらの具体的な詳細がなくても実施形態を実施することができることを理解することができる。例えば、開示された主題におけるシステム、プロセス、及び他の要素は、実施形態を不必要な詳細で不明瞭にしないように、ブロック図形式の構成要素として示される場合がある。それ以外の場合において、よく知られたプロセス、構造、及び技法は、実施形態を不明瞭にしないように不必要な詳細なしで示される場合がある。さらに、様々な図面における同様の参照符号及び名称は、同様の要素を示す。

また、個々の実施形態は、フローチャート、フロー図、データフロー図、構造図、又はブロック図として描かれるプロセスとして説明される場合がある。フローチャートは、動作を逐次的なプロセスとして説明することができるが、これらの動作の多くは、並列又は同時に実行することができる。加えて、これらの動作の順序は、再配列することができる。プロセスは、その動作が完了したときに終了することができるが、論述されない又は図に含まれない追加のステップを有する場合がある。さらに、特に説明される任意のプロセスにおける全ての動作が全ての実施形態において行われ得るとは限らない。プロセスは、方法、関数、手順、サブルーチン、サブプログラム等に対応することができる。プロセスが関数に対応するとき、その関数の終了は、呼び出し側関数又はメイン関数へのその機能の復帰に対応することができる。

さらに、開示された主題の実施形態は、少なくとも一部は手動又は自動のいずれかで実施することができる。手動実施又は自動実施は、マシン、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語、又はそれらの任意の組み合わせを用いて実行することもできるし、少なくとも援助することができる。ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア又はマイクロコードで実施されるとき、必要なタスクを実行するプログラムコード又はプログラムコードセグメントは、マシン可読媒体に記憶することができる。プロセッサ（複数の場合もある）が、それらの必要なタスクを実行することができる。

概要
本開示は、付加製造のシステム及び方法に関し、より詳細には、３次元（３Ｄ）印刷による軌道上での３Ｄ物体の製造に関する。

本開示の実施形態は、宇宙機の外部で大型の物体を製造するために、宇宙機が、天体に対する宇宙機のポーズを制御することとともに、３Ｄプリンタを備えた制御可能な付加製造システムを有する、ということの実現に基づく。宇宙機のセンサが、天体に対する宇宙機のポーズを確定することができる。そこでは、付加製造システム及びセンサと通信するプロセッサが、宇宙線の外部で物体を製造するために、宇宙機のポーズに応じて付加製造システムの動作を制御する。

最初に、本発明者らは、宇宙機の外部での３Ｄプリンタの動作を確実にするために宇宙空間における環境的な影響をいかに克服するかを対処するように選択する。具体的には、特に、極めて高い温度及び低い温度とともに、極めて高レベルの赤外線、可視光及び紫外線、並びに、対流冷却の不足をもたらす大気の不足に関する、３Ｄプリンタを動作させることに関連する問題を克服する必要があった（実際には、自由空間における全ての物体は、真空断熱された、すなわち「Ｔｈｅｒｍｏｓ」（商標）瓶の伝熱等価物にある）。例えば、こうした環境的影響は、３Ｄ印刷プロセスを妨害するか又は停止し、３Ｄ印刷は、押出成形の前及び押出成形中、並びに押出成形後、押出機から原材料を押し出すために、特定の動作環境が必要である。例えば、原材料が、光硬化材料、又は紫外（ＵＶ）光の存在により重合する他のタイプの材料である場合。さらに、原材料が、非常に高レベルの光若しくは放射線及び／又は高レベル若しくは低レベルの温度にさらされる場合、押出成形プロセスは、原材料を時期尚早に硬化させるか又は凍結させるために停止し、硬化した原材料により押出機が詰まる／ふさがることになるか、又は部分的に印刷された物体が変形することになる。そのうち、変形した部分的に印刷された物体又は製造されたばかりの物体は、その後、欠陥があり使用不可能となる。

宇宙空間で３Ｄ印刷するときに考慮する必要があった別の付随する問題は、付加製造システムの他の構成要素／要素をこれらの苛酷な環境にさらすことである。特に、付加製造システムの構成要素／要素は、製造の前、製造中又は製造後のいずれかにおいて、これらの苛酷な環境条件のために、動作不能となるか又は欠陥のあるものとはならない。

しかしながら、上記環境的な宇宙空間の難題にも関わらず、本発明者らは、宇宙空間において３Ｄプリンタを使用することにより、衛星アンテナの製造及び展開が直面する今日の問題の多くを克服することを認識した。例えば、アンテナ等、宇宙空間で使用される今日の装置の、アンテナのサイズが小さすぎ、したがってそれらの使用を制限することによる技術的限界をいかに克服するか。具体的には、アンテナの技術的限界は、物体（すなわち、アンテナ）を地球から宇宙空間に運ぶための宇宙機ペイロード寸法に基づく、それらの構造的限界要件（より小さいサイズ）によってもたらされる。さらに、宇宙機内に詰め込まれるアンテナは、宇宙空間への打上げに耐えるように重力（Ｇの力）を扱うためにオーバースペックに構築される必要があり、それにより、アンテナは非常に重量があるものとなる。本開示は、３Ｄプリンタを考慮し、４次元（４Ｄ）プリンタ、５次元（５Ｄ）プリンタ又は６次元（６Ｄ）プリンタ等、他の次元のプリンタを含むことができることに留意されたい。

アンテナの寸法は、波伝播に関して、物理学的法則によって決まる。そのために、宇宙空間において構築されるアンテナは、通信技術において今日の技術的進歩を満たすレベルの性能を提供するために、宇宙機自体より大型である必要がある。小型アンテナサイズ及び重量のあるアンテナの今日の問題に対する本発明者らによる解決法は、アンテナを地上で構築せず、代わりに、軌道上で３Ｄ印刷によりアンテナを製造するというものである。宇宙機がノミナル軌道に達すると、更なる高い重力操作は予想されず、そのため、宇宙空間において製造されるアンテナは、地上で作製されるアンテナの特性を有する必要はない。したがって、本発明者らは、何らかの天体に対する宇宙機のポーズを考慮した場合にのみ、宇宙空間において直接、３Ｄプリンタを使用し、アンテナ又は他の任意の大型の物体を印刷することができる、ということを認識した。本発明者らは、宇宙機のポーズを制御することにより、３Ｄプリンタが印刷する領域における環境を制御し、３Ｄ製造プロセスのプリンタ操作性及び品質を確保した。

宇宙機のポーズは、天体に対してポーズを確定するセンサを使用して得ることができる。例えば、宇宙機バスのポーズは、宇宙機バスの姿勢と天体に対する宇宙機バスの軌道位置とのうちの一方又はそれらの組合せを含むことができる。天体は、太陽、地球、月又は恒星からなる群からのものとすることができる。本発明者らは、付加製造システム及びセンサと通信するプロセッサを使用して、宇宙機の外部で物体（すなわち、この場合はアンテナ）を製造するために、宇宙機バスのポーズに応じて付加製造システムの動作を制御することを決定した。宇宙機は、宇宙空間において使用される輸送体について言及するものである限り、宇宙機バス、又は他の指示用語で呼ぶことができる。宇宙機のポーズを制御することにより、特に、天体に対する宇宙機の向き、宇宙機の移動からの光及び放射線の変化の速度とともに、極めて高い温度及び低い温度を制御することができ、それにより、付加製造システムは、３Ｄプリンタを利用して、宇宙空間において大型の物体を印刷することができる。

本発明者らは、コマンドシステム又は宇宙空間環境コマンドシステムを組み込むことにより、３Ｄプリンタが印刷する領域における環境を更に制御することもできることを、更に認識した。コマンドシステムは、押出機に近接する、又は宇宙機の外部の３Ｄプリンタが印刷する領域における宇宙空間環境条件を、確定し、制御し、又は両方を行うことに関する多数の機能を含むことができる。

例えば、コマンドシステムは、特に、（１）温度を求める温度センサ、（２）光及び放射線のレベルを求める光及び放射線センサ、（３）押出機領域に近接する或る量の光及び放射線の曝露を制御可能に遮蔽する制御可能な保護シールド、並びに（６）物体を製造する前、製造中及び製造した後に、付加製造プロセスを制御しかつモニタリングするための撮像デバイス又はカメラを含む、制御可能なモニタリングデバイスにより、３Ｄプリンタが印刷する領域における環境条件を確定することができる。コマンドシステムは、特に、（１）原材料の表面の上に或るレベルの光を制御可能に反射する、制御可能な光反射器、（２）複数レベルのビームを有する、原材料を効果させる等、印刷プロセスの間に使用されるか、又は押出成形プロセスのモニタリング光を提供する、制御可能な光源を使用することにより、３Ｄプリンタが印刷する領域における環境条件を制御することができる。

さらに、多くの現行のフォトポリマー製造システムは、２段階硬化プロセスを使用し、すなわち、光重合プロセスの第１部は、低いＵＶ強度で比較的に容易にトリガーすることができ、押出成形可能な流体、ゲル、スラリー又はペーストからの原材料を、剛性があるが恐らくはそれほど強力ではない材料に変換する。はるかに高いＵＶ強度での第２の曝露は、その後、剛化した材料をその最終的な高強度な環境的に安定した形態に架橋する。

図１は、本開示の一実施形態の幾つかの構成要素を示す概略図である。図１では、宇宙機バス１００が、天底に面する（例えば、地球に向かう）面１０５が最上部にある状態で、頂部に向かって示されている。宇宙機バス１００の側面に、押出機１１０Ａ及び１１０Ｂが見える。伸縮ブーム１２０が、宇宙機バス１００をチルトモータ１３０に取り付け、チルトモータ１３０は、更に回転モータ１４０に取り付けられている。回転モータ１４０の出力軸には、３Ｄ印刷された機械的支持構造体１５０が取り付けられており、機械的支持構造体１５０は、複数のメタマテリアルユニットセル１６０Ａ、１６０Ｂ等をそれらの適切な位置で保持する。付加製造システムの動作は、宇宙機バスのポーズに基づき、押出機１１０Ａ、１１０Ｂを宇宙機バスの内部筐体から宇宙機バスの外部まで移動させることを含むことができる。

更に図１を参照すると、宇宙機が目的軌道に乗ると、適切な端部フランジ１５０Ｉを備えた伸縮ブーム１２０を起動することができる。この端部フランジ１５０Ｉは、ベースプレートとして使用することができ、３Ｄプリンタ押出成形ヘッド１１０Ａ、１１０Ｂ又は押出機（複数の場合もある）を使用して、所望のアンテナ形状を構築することができる。３Ｄプリンタ用の供給材料は、好ましくは、高温耐紫外線熱可塑性フィラメント、又は熱硬化性／ＵＶ硬化性液体樹脂、又はＵＶで架橋して熱硬化性したがって耐熱性になる熱可塑性フィラメントのうちの１つとすることができる。別の可能性は、ＨＴ−ＰＬＡ等の再結晶ポリマーであり、そこでは、フィラメントに、核生成補助添加剤が添加され、核生成添加剤は、それらのクリープ温度近くの温度に数分間さらされた後、大型の結晶がガラス状押出成形ポリマーから形成されるようにし、ガラス転移温度を著しく上昇させる。

３Ｄ印刷用の他の材料が同様に考慮され、特に、金属及びセラミックは、本開示においてそれらの工業使用を魅力あるものとする熱又は電気特性を有することができる。反射器としてのアンテナアレイの使用に応じて、アルミニウム−亜鉛合金、アルミニウム合金、又はＶｉｔｒｅｌｏｙ １（４１％Ｚｒ、１４％Ｔｉ、１２％Ｃｏ、１０％Ｎｉ及び２２％Ｂｅ）等のバルク金属ガラス等の金属が、特に、剛性構造及び電磁導電性面（又はバックプレーン構造を使用するメタマテリアルユニットセルのための導電性バックプレーン）を提供することができる。ホットメルトによって堆積させる材料の場合、材料の選択は、選択される合金の高強度ではなく低融点（金属の場合）又は低密度により、推進される可能性がある。例えば、原材料は、軌道まで打ち上げなければならず、軌道上溶融には、宇宙機では制限される可能性がある著しい量の電気エネルギーが必要である可能性がある。しかしながら、打上げに応じたシステムは、太陽集光器を含むように構成される可能性があるため、溶融エネルギーの幾分か又は全ては、自由に入手可能な太陽放射から導出することができ、それにより、有機ポリマーから離れて金属又はセラミックに向かう可能性がある設計の機会又はバランスをもたらすことができる。

本開示に鑑みてアンテナ構造を考慮すると、形状は、平坦、非平坦のうちの一方若しくは組合せであるか、又は複数の形状を含むことができる。アンテナ反射器構築の少なくとも１つの方法は、パラボラアンテナ構造体を製造するためにブームの端部に２回転自由度があるブーム伸長作用を含むことができる。別の方法では、ブーム端部フランジ１５０Ｉ又は３Ｄ印刷された機械的支持構造体をブーム１２０に対して実質的に垂直に維持することができ、アンテナ構造体は平坦である。

依然として図１を参照すると、電波を有効に操作するために、アンテナ構造体は、（金属又は導電性供給材料、例えば、グラフェン装荷フィラメントを使用することにより）導電性であるか、又は、（アルミニウム蒸発器／スパッタリング装置による等）軌道上で導電性にされるか若しくは導電層（すなわち、粘着性の金属処理されたＭｙｌａｒ）が取り付けられることが必要となる。第４の可能性は、誘電体アンテナ集束構成を使用することとすることができるが、誘電体アンテナは、通常、最初に、上述した他の３つの方法より魅力のない大量の材料を使用する。

構築中のアンテナへの粘着性反射性材料の添加は、特に魅力のあるものである可能性があり、その理由は、反射性材料は、実質的に連続的とすることができる（すなわち、非常に薄く、したがって、物理的サイズに対して非常に軽量であるアルミニウム処理されたＭｙｌａｒのフィルム）か、又は、小さいメタマテリアルユニットセル１６０Ａ、１６０Ｂとすることができるためである。メタマテリアルユニットセル１６０Ａ、１６０Ｂは、フレキシブルプリント回路基板技法と同様に製造されるスプリットリング共振器（約０．１ｍｍ厚さ）とすることができ、それは、特に、レンズ状集束を提供する（放射線は、構築されたアンテナを「通過する」）か又はパラボラ状集束を提供する（構築されたアンテナはミラーのように作用する）ことができる。

いずれの場合も、アンテナの表面全体を完全に３Ｄ印刷する必要はなく、例えば、金属処理されたＭｙｌａｒ又はスプリットリング共振器を適所に保持するために十分な格子（三角形又は六角形のいずれかである可能性がある）のみを印刷するように、部分印刷で十分である。したがって、このアンテナ支持構造体の体積の低減は、多くの理由で特に魅力的である可能性があり、特に、その理由は、推進力の低減、すなわち燃料の低減に関連する、軌道に輸送しなければならない質量の低減、操作性の向上、軌道への必要な材料輸送の低減等があるためである。

依然として図１を参照すると、メタマテリアル系アンテナの場合、用途に応じて、平坦な三角形又は六角形アレイとしてアンテナ支持構造体を３Ｄ印刷することが好ましい場合があり、そのアレイの特定の位置に行くように共振器１６０Ａ、１６０Ｂを作製することができる。例えば、中心六角形がアンテナ取付台により占有され、アンテナ取付台が、６つのセルの１つの内側六角形リングと１２のセルの外側周辺リングとにより包囲されている、メタマテリアル系六角形アレイアンテナを考慮する。この場合、メタマテリアルセルに対してアンテナ中心線から３つの異なる半径があり、そのため、３つの異なる共振器構成が必要である。これらの３つの構成は、所望の動作周波数に対して事前に計算することができ、打上げの前に従来の技法によって製造するか、又は、軌道上で必要に応じて印刷することができる。

別の代替態様は、メタマテリアルを製造するために同様のスプリットリング共振器１６０Ａ、１６０Ｂを使用することとすることができるが、スプリットリング共振器１６０Ａ、１６０Ｂを六角形アレイに配置する代わりに、回転対称回路に配置する。

代替的に、予め作製されたスプリットリング共振器１６０Ａ、１６０Ｂの代わりに、衛星に２つのプリントヘッドを備えることができ、例えば、第１のプリントヘッドは、絶縁材料を押出成形することができ、第２の３Ｄプリントヘッドは、導電性材料を押出成形することができ、それにより、適所にメタマテリアル共振器１６０Ａ、１６０Ｂ又は導電性部分を印刷することができる。

依然として図１を参照すると、本開示によれば、アレイ（平坦プレート等）の機械的形状は、メタマテリアルの「電磁気的形状」を意味しないことに留意する。例えば、用途に応じて、適切に構成された（かつ非均一な）ユニットセルを含むメタマテリアルの平坦プレートは、平坦ミラーとして、又は入ってくる波の方向を曲げるプリズムとして、又は（平面の入ってくる波のスペクトル分散をもたらす）回折格子として、又は入ってくる波を焦点に反射する（焦点において生じる波から平行な出力ビームを生成する）パラボラ反射器として、又は入ってくる電磁波を透過させかつ曲げて、或る点に集束させる（又は、焦点において生じる波から平行ビームを生成する）レンズとして、構成することができる。

本開示の態様によれば、メタマテリアル「レンズ」又は「パラボラ反射器」は、より平坦なそれほど斜めではない場に対して軸上モードで幾分かのビームタイトネスを犠牲にする（ビーム崩壊）ように構成することができる。これは、それがわずかな程度まで中心の明瞭度（acuity）を犠牲にする場合であっても、幅の広い平坦な場に対する高品質カメラレンズの最適化と等価である。

天体に対する宇宙機バスのポーズに関して、天体に対する宇宙機バスのポーズを確定するセンサを使用することができ、ポーズは、恒星に対する宇宙機の回転位置に、宇宙機が周回している惑星体又は恒星体に対する宇宙機の軌道位置を足し、他の天体の遮蔽効果を含む、宇宙機に対する全ての関連する惑星体又は恒星体の宇宙機に対する角度位置及び可視性を足したものである。複合測定値であるポーズは、多くの場合、航空無線（ＧＰＳ）、ジャイロスコープ（慣性航法）、及び太陽又は星追跡カメラの組合せにより生成される。ポーズは、本開示の重要な態様であり、その理由は、多くのうちで、少なくとも１つの好ましい実施態様が、青色及び紫外光により重合される原材料を使用するためである。したがって、多くの態様の中で、ポーズの照明及び影態様は、本開示に関連する。付加製造システム及びセンサと通信する少なくとも１つのプロセッサが、宇宙機バスの外部で物体を製造するように、宇宙機バスのポーズに応じて付加製造システムの動作を制御する。それにより、付加製造システムが宇宙空間において宇宙機バスの外部で物体を製造している間、センサは、プロセッサにデータを送信することができる。

さらに、宇宙線バスのポーズは、宇宙機バスの姿勢と、天体に対する宇宙機バスの軌道位置とのうちの一方又はそれらの組合せを含むことができ、天体は、太陽、地球、月又は恒星からなる群からのものである。

例えば、一組の目標ポーズで又はその近くで宇宙機バスのポーズを維持するように原動力を提供するために、宇宙機バスに姿勢制御システムを搭載することができる。一組の目標ポーズは、プロセッサと通信するメモリに記憶された一組の所定のポーズによって決定される。そこでは、姿勢制御システムは、リアクションホイール、コントロールモーメントジャイロスコープ、磁気トルク発生装置、コールドガススラスタ、単元推進剤スラスタ、二元推進剤スラスタ、ホール効果スラスタ又はイオンスラスタのうちの１つ以上から構成される。

図２は、本開示の一実施形態による、図１の実施形態の態様を示す概略図であり、図１の構成要素の全てが宇宙機内に収容されている。図２において、宇宙機は、地球の軌道に又は惑星間飛行経路の開始時に通常送達されるような構成で示されている。図１に示す構成要素の全てが、宇宙機バス１００内に収容されている。高利得アンテナはまだ存在せず、すなわち、それは、宇宙機が軌道に乗った後に構築される。

宇宙機バス１００の底部に、ＲＦフィードホーン１１５が見える。フィードホーン１１５内では、３Ｄ印刷された機械的支持体１５０の初期構造が見え、不完全であるため、１５０Ｉとして示す。最終的な３Ｄ印刷アンテナ１５０が、強固に取り付けられることを確実にし、ビルドされた部品がビルドの期間、ビルドプラテンに取り付けられたままでなくなる、共通の３Ｄ印刷故障モードを回避するために、少なくとも１つの実施形態は、軌道上ビルドと同じ材料の原材料（又は適合性のある材料）を使用して、標準３Ｄプリンタで初期３Ｄ印刷支持構造体１５０Ｉをビルドし、その後、回転モータ１４０の出力軸に機械的にボルトで固定する／締め付ける、ということである。これは、最終的な３Ｄ印刷機械的支持構造体１５０にするための初期３Ｄ印刷支持構造体１５０Ｉにおける継続する３Ｄ印刷が、印刷材料が取り付けられないか又はビルド中に偶発的に外れることにより失敗しないことを確実にする、少なくとも１つの方法である。

図３は、本開示の一実施形態による、図１の幾つかの構成要素が宇宙機から離れる方向に部分的に伸長している、図１の実施形態の態様を示す別の概略図である。図３において、３Ｄ印刷アンテナの初期展開が開始している。伸縮ブーム１２０は、宇宙機バス１００から伸長して、フィードホーン１１５、チルトモータ１３０及び回転モータ１４０のより多くを見せている。３Ｄ印刷機械的支持体１５０Ｉの初期部分は、回転モータ１４０に取り付けられたままである。

図４Ａは、本開示の一実施形態による、図１の幾つかの構成要素が宇宙機から離れる方向に部分的に伸長している、図１の実施形態の態様を示す別の概略図であり、押出機を更に示す。図４Ａでは、チルトモータ１３０が作動し、９０度回転し、回転モータ１４０を移動させており、初期３Ｄ印刷支持構造体１５０Ｉは押出機１１０Ｂと接触している。同時に、押出機１１０Ａ及び１１０Ｂは、宇宙機バス１００から出て動作位置まで伸長させることができる。この位置において、押出機１１０Ｂは、このとき、初期３Ｄ印刷支持構造体１５０Ｉ上に押出成形を開始することができる。

この時点で、３Ｄ印刷プロセスが開始する。回転モータ１３０は、押出機１１０Ｂが、３Ｄ印刷支持構造体１５０Ｉに付着する原材料を押し出し、その後硬化させる際に、初期３Ｄ印刷支持構造体１５０Ｉを、押出機１１０Ｂを通過するように回転させ、それにより、３Ｄ印刷支持構造体は或るサイズで固着し、所望の平坦な支持構造体形状を形成する。材料が硬化するに従い、回転モータ１４０は回転し、伸縮ブーム１２０は、３Ｄ印刷を継続するために、押出機１１０Ｂと３Ｄ印刷支持構造体１５０Ｉとの適切な相対位置を維持するために、必要に応じて伸縮する。チルトモータ１３０は、押出機１１０Ａ及び１１０Ｂと部分的に完成した３Ｄ印刷支持構造体１５０Ｉとの間の適切な位置決めを維持するために使用される。

依然として図４Ａを参照すると、図面において視覚的に明確にするのに役立つために、押出機１１０Ａ及び１１０Ｂは、宇宙機バス１００の長軸に対して平行に向けられているように示されている。これは、強制的ではなく、押出機１１０Ａ及び１１０Ｂの詳細に応じて、位置は、宇宙機バス１００の長軸に対して横切ることができる。アンテナのビルド全体に対して単一の材料で十分である場合、１つの押出機１１０Ａのみが必要であり、押出機１１０Ｂは省略される。

同様に明確にするために、押出機１１０Ａ及び１１０Ｂは、回転モータ１４０の軸に対して平行に押出成形するように示されている。使用される原材料の詳細と、所望のアンテナ反射器設計とに応じて、押出機１１０Ａ及び１１０Ｂは、代わりに伸縮ブーム１２０の長軸に対して実質的に平行に押出成形すべきである場合もあり得る。

図４Ｂは、本開示の実施形態による、図４Ａの実施形態の態様を示す別の概略図であり、そこでは、印刷プロセスが開始していることにより、３Ｄ印刷支持構造体１５０Ｉはこのとき大きくなっている。具体的には、３Ｄ印刷支持構造体１５０Ｉは、このとき、粘着転写によるか又は押出機１１０Ａによる導電性材料の押出成形によるかに関わらず、メタマテリアルユニットセル１６０の付加を開始するのに十分大きい。

依然として図４Ｂを参照すると、１１０Ａは、構造押出機１１０Ｂと同じタイプの押出機であるが、１１０Ａは、異なる種類の原材料に適応するように異なるタイプの押出機とすることができ、又は、３Ｄ印刷支持構造体１５０Ｉ上に事前作製されたユニットセルを転写するための粘着転写／スタンパー機構とすることができることが理解されるべきである。任意の粘着転写されたメタマテリアルセル又は薄い金属処理されたＭｙｌａｒ導電性セグメントの堅固な付与を確実にするために、３Ｄ印刷支持構造体１５０Ｉの背面に圧力を印加するように、１１０Ａ位置に配置された粘着転写機構においてモータ駆動式二次支持アーム又はフックを有することもまた有用である可能性がある。

図５は、本開示の実施形態による、図４Ｂの実施形態の態様を示す別の概略図であり、継続するビルドプロセスの状態が進行しており、それにより、印刷プロセスが図４Ｂに示すものより進んでいるために、３Ｄ印刷支持構造体１５０Ｉはこのとき更に大きくなっている。例えば、３Ｄ印刷支持構造体１５０Ｉは、押出機１１０Ａ及び１１０Ｂを通過して回転しており、押出機１１０Ａ及び１１０Ｂの各々は、導電性材料を含むそれらのそれぞれの原材料を押出成形して、メタマテリアルのスプリットリング共振器セル１６０Ｃ及び１６０Ｄ等とはるかに拡大した３Ｄ印刷支持構造体１５０Ｉとを生成している。伸縮ブーム１２０、回転モータ１４０及びチルトモータ１３０は全て、押出機１１０Ａ及び１１０Ｂとともに動作して、押出成形によりアンテナをビルドアウトし続ける。

図６は、本開示の実施形態による、図５の実施形態の態様と継続する印刷ビルドプロセスとを示す別の概略図である。３Ｄ印刷機械的支持構造体１５０Ｉは、このとき、メタマテリアルのスプリットリング共振器セル１６０の２つの完成したリングを適所に有している。

図７は、この特定の実施形態及び／又は応用に対する印刷の完成時の状態を示す。メタマテリアルアレイ全体が、このとき、使用する用意ができている。チルトモータ１３０は、このとき、３Ｄ印刷支持構造体１５０を、宇宙機バス１００及び伸縮ブーム１２０の長軸に対して垂直に駆動するように作動する。この特定の実施形態では、メタマテリアルアレイ１６０は、機械的に平坦に見えるが、パラボラ反射器として電磁的に挙動する。これにより、上述したように、ビームの集束及び著しいアンテナ利得が提供される。

さらに、製造された物体は、原材料、初期基礎構造体及びメタマテリアルアレイからなる群からの材料を含むことができ、それにより、製造された物体は、アンテナ、アンテナ構成要素、パラボラ反射器を含むアンテナ、又はメタマテリアルのビームシェイパーのうちの１つとなる。メタマテリアルアレイは、宇宙機バスの外面に配置された第２の押出機によって塗布されるような、メタマテリアルとすることができ、このメタマテリアルは、自己粘着性メタマテリアルパターンの原材料ロールとして保管される。メタマテリアルアレイは、宇宙機バスの外面に配置された第２の押出機によって押出成形されるような、メタマテリアルとすることができ、このメタマテリアルは、製造された物体に対して少なくとも１つのメタマテリアル挙動を提供する導電性材料である。メタマテリアルは、第２の押出機により、部分的に印刷された物体の上で一組の形状に押出成形されることが可能であり、この一組の形状は、所定の高周波（ＲＦ）動作周波数帯域内で、所定の静電容量挙動、所定のインダクタンス挙動又は所定の共振挙動を提供して、製造された物体に対してＲＦメタマテリアル挙動を提供する。

図８Ａ及び図８Ｂは、本開示の実施形態による、異なる観察角度からの図７の実施形態の態様を示す他の概略図である。図８Ａは、フィードホーンが可視であるように下から見た完成したメタマテリアルアンテナを示し、図８Ｂは、チルトモータが、アンテナ１５０を図７に示すような印刷位置から図１及び図８Ａに示すような最終的な使用位置まで部分的に回転させることを示す。

図９は、本開示の実施形態による、使用の用意ができている３Ｄ印刷されたパラボラアンテナ全体を示す。宇宙機バス１００は、最上面１０５とともに示され、押出機１１０Ａ及び１１０Ｂは、宇宙機バス１００の側部に見える。伸縮ブーム１２０は、宇宙機バス１００をチルトモータ１３０に取り付け、チルトモータ１３０は、さらに、回転モータ１４０に取り付けられている。回転モータ１４０の出力軸にもまた、パラボラアンテナ１５０又は３Ｄ印刷機械的支持構造体全体が取り付けられている。

付加製造システム内に位置決めシステムを搭載することができ、それは、一対のロータリーモータジョイント（チルトモータ１３０及び回転モータ１４０）及び初期基礎構造体１５０に接続された複数の入れ子式部分を有する、入れ子式直線ラム又はブーム１２０に取り付けられている、ということが可能である。一対のロータリージョイント１３０、１４０は、入れ子式直線ラムの端部に取り付けられた第１のロータリージョイントを含み、第２のロータリージョイントは、初期基礎構造体１５０に取り付けられており、それにより、初期基礎構造体１５０は、付加製造システムの外面に固定されている押出機１１０Ａ、１１０Ｂに対して移動し、一方で、固定された押出機は、物体を印刷するために原材料を押し出す。ここでは、プロセッサは、プロセッサと通信するメモリに記憶された一組の所定の付加製造動作に基づいて、原材料の押出成形中、初期基礎構造体１５０と固定された押出機１１０Ａ、１１０Ｂとの間の相対的な動きを決定する。付加製造システムの外面に固定された第２の押出機１１０Ｂは、１種以上の原材料を有することができ、それにより、１種以上の原材料は、アルミニウム箔、銅箔又は金箔のうちの１つである自己粘着性導電性箔を含む、ということに留意されたい。入れ子式直線ラム１２０及び一対のロータリージョイント１３０、１４０はまた、物体の製造後、天体、宇宙機バス又は環境光の入射のうちの１つ又はそれらの組合せに対して製造された物体の位置を制御する。

本開示の他の特徴は、付加製造システムの構成要素（すなわち、押出機１１０Ａ、ブーム１２０、チルトモータ１３０、回転モータ１４０、３Ｄ印刷機械的支持構造体１５０Ｉ又は他の構成要素を含む）に近接する宇宙空間における領域の環境条件を確定し、制御し、又は両方を行う、プロセッサ及び付加製造システムと通信するコマンドシステムを含む。コマンドシステム及びプロセッサの位置は、宇宙機又は他の何らかの位置に配置し、すなわち、付加製造システムの構成要素に直接配線するか、又は、付加製造システムに無線接続することができる。プロセッサは、コマンドシステムによる、押出機に近接する宇宙空間における領域の環境条件の確定又は環境条件の制御と組み合わせて、宇宙機バスのポーズに応じて付加製造システムの動作を制御することができる。

具体的には、コマンドシステムは、宇宙空間の温度、光、圧力、放射線又は他の環境条件等の環境条件を確定することができる。同様に、制御可能な反射器、制御可能な光偏向器、制御可能な加熱及び冷却装置、制御可能な光源、制御可能な保護シールド（複数の場合もある）、ビデオ及びカメラデバイスを含む制御可能なデバイス等を介して、押出機又は他の構成要素に近接する宇宙空間における領域の環境条件を制御する。

図１０、図１１及び図１２は、本開示の一実施形態による、宇宙機バスの外面に配置されたコマンドシステムのセンサ及びデバイスを示す概略図である。非限定的な例により、図１０の温度センサ（複数の場合もある）１０２０及び光センサ（複数の場合もある）１０３０は、押出機１１０Ａに隣接する同じ外面壁に配置される。しかしながら、他のセンサ及びデバイスとともに、センサ１０２０、１０３０を宇宙機の外面又は宇宙機内の任意の場所に配置することができることが企図される。他のセンサ及びデバイスとともに、センサ１０２０、１０３０は、宇宙機内に配置することができ、（プロセッサ及び／又はコマンドシステムによって制御される）アクチュエーターを介して、宇宙機の内部から外部まで移動させることができることが可能である。

例えば、少なくとも１つの温度センサが、コマンドシステムと通信して、押出機に近接する宇宙空間における領域の温度を求める。そこでは、プロセッサは、求められた温度が所定範囲内であるとき、その求められた温度と組み合わせて、宇宙機バスのポーズに応じて付加製造システムの動作を制御する。そこでは、付加製造システムの動作に対する所定の温度範囲は、（ＵＶ硬化又は２成分樹脂／触媒原材料の液体原材料の場合に適切であるように）１０℃〜５０℃又は（溶融可能なフィラメントとして供給される熱可塑性原材料に対して適切であるように）１８０℃〜３５０℃の範囲内とすることができる。

さらに、コマンドシステムと通信する少なくとも１つのセンサは、押出機に近接する、宇宙空間から生じる光レベルを求める。そこでは、プロセッサは、光の求められたレベルが所定範囲内にあるとき、光の求められたレベルと組み合わせて、宇宙機バスのポーズに応じて付加製造システムの動作を制御する。そこでは、光の求められたレベルに対する所定範囲は、０．０００１ミリワット／平方センチメートル（１ワット／ｍ^３）〜１０．０００ミリワット／平方センチメートル（１０Ｋワット／ｍ^３）の範囲内である。

地球に面するセンサ等の他のセンサ、そこでは、地球に面するカメラは、天候及び資源モニタリングに使用することができ、又は任意のカメラは、３Ｄビルドプロセス又は同様に関連する態様を制御しかつモニタリングするために使用することができる、ということが可能である。さらに、付加製造システムに製造支援センサの使用を組み込むことができることが企図される。また、３Ｄ印刷原材料貯蔵器、太陽電池、バッテリー、リアクションホイール又は姿勢制御スラスタ、科学又は通信ペイロード、制御プロセッサ、任意の低利得全方向又はバックアップアンテナ等もまた図示されていないが宇宙機バスに組み込むことができる。

図１１は、押出機に近接する宇宙空間における領域、又は他の構成要素に隣接する他の領域の環境条件を制御する態様を示す。例えば、図１１は、制御可能な光（複数の場合もある）１１４０、制御可能な保護シールド（複数の場合もある）１１５０、ビデオ及びカメラデバイス等の制御可能なデバイス（複数の場合もある）１１６０を示す。

例えば、コマンドシステムと通信する少なくとも１つの制御可能な保護シールドは、押出機に近接する或る量の光の曝露を制御可能に遮蔽する。そこでは、プロセッサは、求められた光のレベルが所定範囲内にあるとき、求められた光のレベルと組み合わせて、宇宙機バスのポーズに応じて少なくとも１つの保護シールドを制御する。制御可能な保護シールドは、軌道の日照部分の間にＵＶ硬化ポリマーを印刷するとき、若しくは太陽の紫外線が略連続的である場合に惑星間空間で印刷するとき、又は、軌道の影部分で印刷するときに月から反射される紫外線から未硬化ポリマーを保護するために、使用することができる。

さらに、プロセッサ及び付加製造システムと通信する撮像デバイス又はカメラ等の少なくとも１つの制御可能なデバイスは、原材料が押出機から初期基礎構造体の上に押し出される間、画像を生成し、その画像に基づき、押出機からの原材料の押出の速度、押出機と初期基礎構造体との間の相対的な動きの速度、又は両方を適応的に制御する。

さらに、図１１はまた、押出機に隣接して配置されかつプロセッサと通信する、原材料の流れを変更するために使用することができる制御可能な原材料偏向器１１７０が、製造された物体の少なくとも１つの表面を形成する押出成形中に原材料の流れ（及び、膨張する発泡体タイプの原材料が使用される場合は、膨張）を制御することも示す。そこでは、プロセッサは、押出機からの原材料の押出の速度、押出機と初期基礎構造体との間の相対的な動きの速度、又は両方に応じて、原材料偏向器を制御する。さらに、原材料は、光硬化性原材料とすることができる。そこでは、コマンドシステムと通信する少なくとも１つの制御可能な光源が、原材料の表面上に１つ以上の光ビームを投影することができ、原材料は光硬化性材料である。そこでは、プロセッサは、制御可能な光源からの光のレベルと組み合わせて、宇宙機バスのポーズに応じて光源を制御する。

図１２は、制御可能な光反射器（複数の場合もある）及び制御可能な光偏向器（複数の場合もある）１２３５、制御可能な加熱及び冷却装置（複数の場合もある）１２４５並びに制御可能なマルチビーム光源１２５５を示し、光ビームの１つ以上の異なるレベルで複数のビームを含むことができる。

例えば、コマンドシステムと通信する少なくとも１つの制御可能な光反射器は、原材料の表面上に或るレベルの光を制御可能に反射し、原材料は光硬化性材料であり、光は、宇宙空間から生じる光、又は、コマンドシステムと通信する制御可能な光源のうちの一方又はそれらの組合せである。そこでは、プロセッサは、光の求められたレベルが所定範囲内にあるとき、光の求められたレベルと組み合わせて、宇宙機バスのポーズに応じて制御可能な光反射器の動作を制御する。

本開示の全ての実施形態が、電磁気的活性剤としてメタマテリアルを使用することは必須ではない。伸縮ブーム１２０、チルトモータ１３０及び回転モータ１４０が放物線の式に従って操作される場合、機械的にかつ視覚的に平坦ではなく放物線状である３Ｄ印刷支持構造体１５０を印刷することができる。この場合、金属処理されたＭｙｌａｒ等の導電性金属フィルムで３Ｄ印刷支持構造体１５０を仕上げて、はるかにより伝統的な設計を生成することが適切である。この非メタマテリアル放物線状設計の別の利点は、メタマテリアルは、狭い波長範囲にわたってのみ動作可能な狭帯域デバイスであることが多いが、金属パラボラ反射器は、非常に高帯域であり、１０：１波長範囲にわたり十分に動作することができる可能性がある、ということである。

アンテナで使用されるメタマテリアル設計は、図示するスプリットリング共振器であることは必須ではない。「マッシュルームフィールド（mushroom fields）」（導電性バックプレーンにわたる小さい容量性ハットのアレイ）又は自己共振誘導コイル等の他のメタマテリアルユニットセルも使用することができる。

図１３は、本開示の実施形態による、代替的なコンピュータ又はプロセッサを使用して実装することができる、図９のコマンドシステムと通信するプロセッサ又はコンピュータを示すブロック図である。図１３における多くの部品は、衛星が軌道上にあるか又は惑星間空間にあるとき、通常は必要とされないが、多くのＣＯＴＳプロセッサに組み込まれており、研究開発、組立て、並びに衛星が打ち上げ前に受けなければならない地上での試験及び検証手続き中に明確に有用である。小型衛星であってもその打上げは数１００万ドルのコストを表すため、打上げ前に、完全な機能性を試験し、検証し、確実にする全ての機会が利用されることが期待されるべきである。

さらに、図１３におけるブロックのうちの幾つかは、打上げ後に有用であり続ける可能性があり、その理由は、それらの出力が、ＮＩＣネットワークインタフェース１３３４を介して、別の宇宙機、又は地上制御ステーションにおける適切な物理的機器にリモートにリンクさせることができるためである。

ここで図１３を参照すると、コントローラ１３１１は、プロセッサ１３４０、コンピュータ可読メモリ１３１２、記憶装置１３５８、並びにディスプレイ１３５２及びキーボード１３５１を備えたユーザインタフェース１３４９を含み、それらは、バス１３５６を通して接続されている。例えば、プロセッサ１３４０及びコンピュータ可読メモリ１３１２と通信するユーザインタフェース１３４９は、ユーザによるユーザインタフェース１３５７の面、すなわちキーボード面からの入力を受け取ると、データを取得し、コンピュータ可読メモリ１３１２内にデータを記憶する。

メモリ１３１２は、プロセッサによって実行可能な命令、履歴データ、及び本開示の方法及びシステムによって利用することができる任意のデータを記憶することができることが企図される。プロセッサ１３４０は、シングルコアプロセッサ、マルチコアプロセッサ、コンピューティングクラスタ、又は任意の数の他の構成とすることができる。プロセッサ１３４０は、バス１３５６により、１つ以上の入力デバイス及び出力デバイスに接続することができる。メモリ１３１２としては、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、フラッシュメモリ、不揮発性メモリ又は他の任意の好適なメモリシステムを挙げることができる。

依然として図１３を参照すると、記憶デバイス１３５８は、プロセッサによって使用される補足データ及び／又はソフトウェアモジュールを記憶するように適合させることができる。例えば、記憶デバイス１３５８は、本開示に関して上述したように、履歴データ及び他の関連データを記憶することができる。さらに又は代替的に、記憶デバイス１３５８は、本開示に関して上述したようなデータと同様の履歴データを記憶することができる。記憶デバイス１３５８としては、ハードドライブ、フラッシュドライブ、不揮発性メモリ、光ドライブ、サムドライブ、ドライブのアレイ又はそれらの任意の組合せを挙げることができる。

システムは、バス１３５６を通して、システムをディスプレイデバイス（図示せず）に接続するように適合されたディスプレイインタフェース（図示せず）に任意選択的に連結することができ、そこでは、ディスプレイデバイスとしては、特に、コンピュータモニタ、カメラ、テレビ受像機、プロジェクタ、又はモバイルデバイスを挙げることができる。

コントローラ１３１１は、電源１３５４を含むことができ、応用に応じて、電源１３５４は、任意選択的にコントローラ１３１１の外部に位置することができる。バス１３５６を通して、ディスプレイデバイス１３４８に接続するように適合されたユーザ入力インタフェース１３５７を連結することができ、そこでは、ディスプレイデバイス１３４８としては、特に、コンピュータモニタ、カメラ、テレビ受像機、プロジェクタ、又はモバイルデバイスを挙げることができる。プリンタインタフェース１３５９もまた、バス１３５６を通して接続し、印刷デバイス１３３２に接続するように適合させることができ、そこでは、印刷デバイス１３３２としては、特に、液体インクジェットプリンタ、固体（ソリッド）インクプリンタ、大型商用プリンタ、サーマルプリンタ、ＵＶプリンタ又は昇華型プリンタを挙げることができる。ネットワークインタフェースコントローラ（ＮＩＣ）１３３４が、バス１３５６を通してネットワーク１３３６に接続するように適合され、特に、何らかのデータは、コントローラ１３１１の外部のサードパーティディスプレイデバイス、サードパーティ撮像デバイス及び／又はサードパーティ印刷デバイスにおいてレンダリングすることができる。

依然として図１３を参照すると、特に、何らかのデータは、ネットワーク１３３６の通信チャネルにより送信し、及び／又は記憶及び／又は更なる処理のために記憶システム１３５８内に記憶することができる。さらに、何らかのデータは、受信器１３４６（又は外部受信器１３３８）から無線で若しくは配線により受信し、又は送信器１３４７（又は外部送信器１３３９）を介して無線で若しくは配線により送信することができ、受信器１３４６及び送信器１３４７両方が、バス１３５６を通して接続される。さらに、バス１３５６を介してコントローラ１３１１にＧＰＳ１３０１を接続することができる。コントローラ１３１１は、入力インタフェース１３０８を介して外部検知デバイス１３４４及び外部入出力デバイス１３４１に接続することができる。コントローラ１３１１は、他の外部コンピュータ１３４２に接続することができる。出力インタフェース１３０９を使用して、プロセッサ１３４０から処理済みデータを出力することができる。

上述した本開示の実施形態は、数多くの方法のうちの任意のもので実施することができる。例えば、実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア又はそれらの組み合わせを用いて実施することができる。請求項の要素を修飾する、特許請求の範囲における「第１」、「第２」等の序数の使用は、それ自体で、１つの請求項の要素の別の請求項の要素に対する優先順位も、優位性も、順序も暗示するものでもなければ、方法の動作が実行される時間的な順序も暗示するものでもなく、請求項の要素を区別するために、単に、或る特定の名称を有する１つの請求項の要素を、同じ（序数の用語の使用を除く）名称を有する別の要素と区別するラベルとして用いられているにすぎない。

本開示は、幾つかの特定の好ましい実施形態に関して説明されてきたが、本開示の趣旨及び範囲内において様々な他の適応及び変更を行うことができることが理解されるべきである。したがって、添付の特許請求の範囲の態様は、本開示の真の趣旨及び範囲に含まれる全ての変形及び変更を包含するものである。

本開示の上記の実施形態は数多くの方法のいずれかにおいて実現することができる。例えば、それらの実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア又はその組み合わせを用いて実現することができる。ソフトウェアにおいて実現されるとき、そのソフトウェアコードは、単一のコンピュータ内に設けられるにしても、複数のコンピュータ間に分散されるにしても、任意の適切なプロセッサ、又はプロセッサの集合体において実行することができる。そのようなプロセッサは集積回路として実現することができ、集積回路コンポーネント内に１つ以上のプロセッサが含まれる。しかしながら、プロセッサは、任意の適切な構成の回路を用いて実現することができる。

また、本開示の実施形態は方法として具現することができ、その一例が提供されてきた。その方法の一部として実行される動作は、任意の適切な方法において順序化することができる。したがって、例示的な実施形態において順次の動作として示される場合であっても、例示されるのとは異なる順序において動作が実行される実施形態を構成することもでき、異なる順序は、幾つかの動作を同時に実行することを含むことができる。

請求項要素を変更するために特許請求の範囲において「第１の」、「第２の」のような序数の用語を使用することは、それだけで、或る請求項要素が別の請求項要素よりも優先度が高いこと、優位であること、若しくは上位にあることを、又は方法の動作が実行される時間的な順序を暗示するのではなく、請求項要素を区別するために、或る特定の名称を有する１つの請求項要素を同じ（序数の用語の使用を除く）名称を有する別の要素から区別するラベルとして単に使用される。

Claims (29)

1. 付加製造システムを備える宇宙機バスであって、前記付加製造システムは、前記宇宙機バスの外部で物体を印刷するために原材料を送達する、少なくとも１つの押出機を備える、宇宙機バスと、
   天体に対する前記宇宙機バスのポーズを確定する、前記宇宙機バスのセンサと、
   前記宇宙機バスの外部で前記物体を製造するように、前記宇宙機バスの前記ポーズに応じて前記付加製造システムの動作を制御する、前記付加製造システム及び前記センサと通信する少なくとも１つのプロセッサと、
   を備える、
   宇宙機。
2. 前記宇宙機バスの前記ポーズは、前記宇宙機バスの姿勢と前記天体に対する前記宇宙機バスの軌道位置とのうちの一方又はそれらの組合せを含み、前記天体は、太陽、地球、月又は恒星からなる群からのものである、請求項１に記載の宇宙機。
3. 前記押出機に近接する宇宙空間における領域の環境条件を確定し、制御し、又は両方を行う、前記プロセッサ及び前記付加製造システムと通信するコマンドシステム、
   を更に備え、
   前記プロセッサは、前記コマンドシステムによる、前記押出機に近接する宇宙空間における前記領域の前記環境条件の確定又は前記環境条件の制御と組み合わせて、前記宇宙機バスの前記ポーズに応じて前記付加製造システムの前記動作を制御する、請求項１に記載の宇宙機。
4. 前記押出機に近接する宇宙空間における前記領域の温度を求める、前記コマンドシステムと通信する少なくとも１つの温度センサ、
   を更に備え、
   前記プロセッサは、前記求められた温度が所定範囲内にあるとき、前記求められた温度と組み合わせて、前記宇宙機バスの前記ポーズに応じて前記付加製造システムの前記動作を制御する、請求項３に記載の宇宙機。
5. 前記付加製造システムの動作に対する温度の前記所定範囲は、１０℃〜５０℃又は１８０℃〜３５０℃の範囲内である、請求項４に記載の宇宙機。
6. 前記押出機に近接して、宇宙空間から生じる光レベルを求める、前記コマンドシステムと通信する少なくとも１つのセンサ、
   を更に備え、
   前記プロセッサは、前記求められた光のレベルが所定範囲内にあるとき、前記求められた光のレベルと組み合わせて、前記宇宙機バスの前記ポーズに応じて前記付加製造システムの前記動作を制御する、請求項３に記載の宇宙機。
7. 前記求められた光のレベルに対する前記所定範囲は、０．０００１ミリワット／平方センチメートル（１０ワット／ｍ^３）〜１０．０００ミリワット／平方センチメートル（１０Ｋワット／ｍ^３）の範囲内である、請求項６に記載の宇宙機。
8. 前記前記原材料の表面上に或るレベルの光を制御可能に反射し、前記原材料は光硬化性材料であり、前記光は、宇宙空間から生じる光、又は前記コマンドシステムと通信する制御可能な光源のうちの一方又はそれらの組合せである、前記コマンドシステムと通信する少なくとも１つの制御可能な光反射器、
   を更に備え、
   前記プロセッサは、前記求められた光のレベルが所定範囲内にあるとき、前記求められた光のレベルと組み合わせて、前記宇宙機バスの前記ポーズに応じて前記制御可能な光反射器の動作を制御する、請求項６に記載の宇宙機。
9. 前記押出機に近接する光の或る量の曝露を制御可能に遮蔽する、前記コマンドシステムと通信する少なくとも１つの制御可能な保護シールド、
   を更に備え、
   前記プロセッサは、前記求められた光のレベルが所定範囲内にあるとき、前記求められた光のレベルと組み合わせて、前記宇宙機バスの前記ポーズに応じて前記少なくとも１つの保護シールドを制御する、請求項６に記載の宇宙機。
10. 前記原材料は光硬化性原材料である、請求項３に記載の宇宙機。
11. 前記原材料の表面上に１つ以上の光ビームを投影する、前記コマンドシステムと通信する少なくとも１つの制御可能な光源であって、前記原材料が光硬化性材料である、少なくとも１つの制御可能な光源、
    を更に備え、
    前記プロセッサは、前記制御可能な光源からの光のレベルと組み合わせて、前記宇宙機バスの前記ポーズに応じて前記光源を制御する、請求項３に記載の宇宙機。
12. 前記原材料が前記押出機から初期基礎構造体上に押し出されている間に画像を生成し、前記画像に基づき、前記押出機からの前記原材料の押出の速度、前記押出機と前記初期基礎構造体との間の相対的な動きの速度、又は両方を適応的に制御する、前記プロセッサ及び前記付加製造システムと通信する、撮像デバイス又はカメラ等の少なくとも１つの制御可能なデバイス、
    を更に備える、請求項１に記載の宇宙機。
13. 前記宇宙機バスの前記ポーズを一組の目標ポーズで又はその近くで維持するように原動力を提供する、前記宇宙機バスに搭載された少なくとも１つの姿勢制御システム、
    を更に備え、
    前記一組の目的ポーズは、前記プロセッサと通信するメモリに記憶された一組の所定ポーズによって決定される、請求項１に記載の宇宙機。
14. 前記姿勢制御システムは、リアクションホイール、コントロールモーメントジャイロスコープ、磁気トルク発生装置、コールドガススラスタ、単元推進剤スラスタ、二元推進剤スラスタ、ホール効果スラスタ又はイオンスラスタのうちの１つ以上から構成されている、請求項１３に記載の宇宙機。
15. 前記製造された物体の少なくとも１つの表面を形成する押出成形中に前記原材料の流れを制御する、前記押出機に隣接して配置されかつ前記プロセッサと通信する少なくとも１つの制御可能な原材料偏向器、
    を更に備え、
    前記プロセッサは、前記押出機からの前記原材料の押出の速度、前記押出機と初期基礎構造体との間の相対的な動きの速度、又は両方に応じて、前記原材料偏向器を制御する、請求項１に記載の宇宙機。
16. 一対のロータリージョイント及び初期基礎構造体に接続された複数の入れ子式部分を有する入れ子式直線ラムを含む、前記付加製造システム内に搭載された位置決めシステム、
    を更に備え、
    前記一対のロータリージョイントは、前記入れ子式直線ラムの端部に取り付けられた第１のロータリージョイントを含み、第２のロータリージョイントが、前記初期基礎構造体に取り付けられ、それにより、前記初期基礎構造体は、前記付加製造システムの外面に固定されている前記押出機に対して移動し、一方で、前記固定された押出機は、前記物体を印刷するために前記原材料を押出成形し、
    前記プロセッサは、前記プロセッサと通信するメモリに記憶された一組の所定の付加製造動作に基づいて、前記原材料の押出成形中、前記初期基礎構造体と前記固定された押出機との間の相対的な動きを決定する、請求項１に記載の宇宙機。
17. 前記製造された物体は、非折畳み式物体、非平面構造体、平坦物体、部分的に完成した物体構造体のうちの１つ又はそれらの組合せである、請求項１に記載の宇宙機。
18. 前記付加製造システムの外面に固定された第２の押出機であって、１種以上の原材料を有し、前記１種以上の原材料は、アルミニウム箔、銅箔又は金箔のうちの１つである自己粘着性導電性箔を含む、第２の押出機、
    を更に備える、請求項１に記載の宇宙機。
19. 前記製造された物体の構成空間及び前記宇宙機バスの内部筐体は、空の組であり、前記製造された物体のサイズは、前記製造された物体全体が前記宇宙機バスの前記内部筐体のうちの任意のものの中に挿入されるか又はそれにより囲まれるのを阻止する、請求項１に記載の宇宙機。
20. 前記製造された物体は、前記原材料、初期基礎構造体及びメタマテリアルアレイからなる群からの材料を含み、前記製造された物体は、アンテナ、アンテナ構成要素、パラボラ反射器を含むアンテナ、又はメタマテリアルビームシェイパーのうちの１つである、請求項１に記載の宇宙機。
21. 前記アンテナの前記パラボラ反射器は、或る帯域の高周波に対して反射するようにされる、請求項２０に記載の宇宙機。
22. 前記製造されたアンテナは、前記入れ子式直線ラムの伸長した長さに近い長さを有し、Ｆ／１〜Ｆ／４の範囲の焦点距離を有する、請求項２０に記載の宇宙機。
23. 前記メタマテリアルアレイは、前記宇宙機バスの外面に配置された第２の押出機によって塗布されるようなメタマテリアルであり、前記メタマテリアルは、自己粘着性メタマテリアルパターンの原材料ロールとして保管される、請求項２０に記載の宇宙機。
24. 前記メタマテリアルアレイは、前記宇宙機バスの外面に配置された第２の押出機によって押出成形されるようなメタマテリアルであり、前記メタマテリアルは、前記製造された物体に対して少なくとも１つのメタマテリアル挙動を提供する導電性材料である、請求項２０に記載の宇宙機。
25. 前記メタマテリアルは、前記第２の押出機により、部分的に印刷された物体の上で一組の形状に押出成形され、前記一組の形状は、所定の高周波（ＲＦ）動作周波数帯域内で、所定の静電容量挙動、所定のインダクタンス挙動又は所定の共振挙動を提供して、前記製造された物体に対してＲＦメタマテリアル挙動を提供する、請求項２４に記載の宇宙機。
26. 前記付加製造システムの前記動作は、前記宇宙機バスの前記ポーズに基づき、前記押出機を前記宇宙機バスの内部筐体から前記宇宙機バスの外部まで移動させることを含む、請求項１に記載の宇宙機。
27. 前記付加製造システムは、３自由度プリンタ、４自由度プリンタ、５自由度プリンタ又は６自由度プリンタのうちの１つを含む、請求項１に記載の宇宙機。
28. 内部筐体を有する宇宙機バスであって、各内部筐体は、対角線寸法を含む一組の寸法を有する、宇宙機バスと、
    前記宇宙機バスの外部で物体を印刷するために原材料を送達する少なくとも１つの押出機を備える、前記宇宙機バスの付加製造システムと、
    天体に対する前記宇宙機バスのポーズを確定する、前記宇宙機バスのセンサと、
    前記宇宙機バスの外部で前記物体を製造するように、前記宇宙機バスの前記ポーズに応じて前記付加製造システムの動作を制御する、前記付加製造システム及び前記センサと通信する少なくとも１つのプロセッサと、
    を備え、
    前記製造された物体の対角線寸法の少なくとも１つの寸法は、前記宇宙機バスの前記内部筐体の全てに対する前記一組の寸法又は対角線寸法のうちのいずれよりも大きい、宇宙機。
29. 内部筐体を有する宇宙機バスであって、各内部筐体は、対角線寸法を含む一組の寸法を有する、宇宙機バスと、
    前記宇宙機バスの外部で物体を印刷するために原材料を送達する少なくとも１つの押出機を備える、前記宇宙機バスの付加製造システムと、
    天体に対する前記宇宙機バスのポーズを確定する、前記宇宙機バスのセンサと、
    前記押出機に近接する宇宙空間における領域の環境条件を確定し、制御し、又は両方を行う、前記付加製造システムと通信するコマンドシステムと、
    前記コマンドシステムによる、前記押出機に近接する宇宙空間における前記領域の前記環境条件の確定又は前記環境条件の制御と組み合わせて、前記宇宙機バスの外部で前記物体を製造するように、前記宇宙機バスの前記ポーズに応じて前記付加製造システムの動作を制御する、少なくとも１つのプロセッサと、
    を備え、
    前記製造された物体の対角線寸法の少なくとも１つの寸法は、前記宇宙機バスの前記内部筐体の全てに対する前記一組の寸法又は対角線寸法のうちのいずれよりも大きい、宇宙機。

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