NASA ontwikkelt een ultralichte antenne die een nieuw hoofdstuk in de luchtvaartgeschiedenis opent. Deze antenne wordt geproduceerd met behulp van aerogel, een van de lichtste vaste materialen ter wereld, en kan in de romp van een vliegtuig worden geïntegreerd. Hierdoor ontstaat een meer aerodynamische, betrouwbare en ononderbroken communicatieoplossing, met name voor onbemande luchtvaartuigen (UAV's) en toekomstige luchttransportsystemen.
Lichtheid en duurzaamheid samen met aerogeltechnologie
Deze baanbrekende aerogelantenne, ontwikkeld door NASA, is ontworpen om satellietcommunicatie mogelijk te maken in toepassingen waarbij stroom- en ruimtebeperkingen van cruciaal belang zijn. De basis van aerogel zijn flexibele en hoogwaardige polymeren. Het materiaal bestaat voor 95% uit lucht, waardoor het ongelooflijk licht is en tegelijkertijd verrassend duurzaam. Bovendien kunnen de onderzoekers de eigenschappen van het materiaal nauwkeurig afstemmen: van flexibel als plasticfolie tot zo stijf als plexiglas.
Actieve Phased Array Aerogel-antenne: aerodynamische en effectieve communicatie
Het concept van de “actieve gefaseerde array-aerogelantenne” dat centraal staat in het project, bestaat uit een laag aerogel die is ingeklemd tussen een kleine printplaat en een matrix van dunne, ronde kopercellen. Deze laag is bedekt met een speciale folie die bekendstaat om zijn elektrische isolatie-eigenschappen. Dankzij dit innovatieve ontwerp nemen de antennes de gebogen vorm van het vliegtuig aan, waardoor de luchtweerstand aanzienlijk wordt verminderd. Hierdoor kunnen afzonderlijke elementen van de antenne elektronisch worden afgesteld, waardoor signaalinterferentie tot een minimum wordt beperkt. Bovendien bespaart u hiermee gewicht en ruimte. Dit ontwerp is veel minder opvallend dan de traditionele staaf- of vleugelantennes en hoewel het uiteindelijk een honingraatachtig uiterlijk heeft, kan het volledig vlak in het vliegtuigoppervlak worden geïntegreerd.
Het evalueren van toepassingen in de echte wereld met satelliettesten
Satelliettesten zijn van essentieel belang om de toepassingsmogelijkheden van dit revolutionaire aerogelantenneconcept in de praktijk grondig te analyseren. Moderne vliegtuigen communiceren tegenwoordig met grondstations via verschillende frequentiebanden, zoals RF, VHF of HF, en ook via SATCOM-satellietcommunicatiesystemen. Er kunnen echter van tijd tot tijd korte vertragingen en verbroken verbindingen in deze systemen optreden. Deze nieuwe, door NASA ontwikkelde technologie belooft ononderbroken satellietverbindingen tijdens de vlucht te behouden. De basis hiervoor is het vermogen van de aerogelantenne om zijn bundel elektronisch te sturen. Hierdoor produceert de antenne een intensieve stroom radiogolven, die voor een continue en stabiele verbinding zorgt.
"Dit is een grote vooruitgang, omdat we twee zeer verschillende satellietsystemen met dezelfde antenne kunnen verbinden", zegt Bryan Schoenholz van het Glenn Research Center. Satellieten in een lage baan om de aarde (LEO) bevinden zich op ongeveer 1200 kilometer van het aardoppervlak en bewegen met zeer hoge snelheden. Geostationaire satellieten (GEO) bevinden zich op ongeveer 22 kilometer afstand en bewegen met een snelheid gelijk aan de rotatie van de aarde, waarbij ze constant op dezelfde plek blijven.
Succesvolle grond- en luchttesten werpen licht op de toekomst
In 2024 werd een versie van deze innovatieve antenne met succes getest op het Britten-Norman Defender-hulpvliegtuig tijdens een vluchtdemonstratie die werd uitgevoerd in samenwerking met de Amerikaanse marine op Patuxent River Naval Air Station in Maryland. Na deze succesvolle vluchtproef begonnen NASA Glenn en het in Houston gevestigde satellietcommunicatiebedrijf Eutelsat America Corp. in oktober met grondtesten van een op een platform gemonteerde antenneversie. Een signaal van een geostationaire Eutelsat-satelliet, zo'n 22 kilometer verderop, werd succesvol verzonden naar een satellietschotel op een gebouw in Glenn. Bij een andere belangrijke test die bij Glenn werd uitgevoerd, werd een stabiele verbinding tot stand gebracht met het Kepler-netwerk van satellieten in een lage baan om de aarde. Gezien deze veelbelovende resultaten is NASA van plan om tegen 2025 een nog geavanceerdere versie van de aerogelantenne te ontwerpen, te produceren en uitgebreid te testen. De succesvolle afronding van deze studies zou de deur kunnen openen naar een geheel nieuw tijdperk van ononderbroken en betrouwbare communicatie in de lucht- en ruimtevaartindustrie.
