他发明了称为三浦折叠的方法,折叠后形成特殊的褶皱,只需沿单一轴线方向拉伸,整个结构即可展开成平行四边形的“棋盘”,要收拢时则反向一推即可。
三浦折叠是一种刚性折纸,在折纸平稳展开的过程中,其中的每个平行四边形始终不弯折,完全保持平坦。这种属性使折叠式表面能够用刚性材料来制造,那是太阳能电池板所必需的。
太空飞行工程师很自然地看上了这样的部件。1995年,以三浦折叠思路设计的太阳能电池板被实际用于日本的一颗卫星。部件折叠后以紧凑的形状发射升空,到太空轨道后展开成电池板阵列。它所需要的控制马达的数量大减,降低了整体结构的重量和复杂度,堪称折纸艺术和科学工程完美结合的例子。
三浦折叠比较简单,那颗日本卫星之后也少有应用。而最近,美国科学家完成了新的折叠式太阳能阵列——太空花。这次采用多种折叠手法的结合,使整体结构更加简单。发明者布瑞恩·特雷斯手中的缩小版,就像一朵盛开的花,能扩展成硕大的圆形表面。
迷恋折纸技艺的特雷斯是喷气推进实验室的机械工程师,高中时就在日本参加研究营,将快餐汉堡的包装纸折叠成起重机。他喜欢从图书馆的书中发现各种不同的折纸技巧。现在专注于折纸原理用于空间装置的研究。
他的搭档香农·齐贝尔是杨百翰大学博士生,得到宇航局研究奖学金的支持,在喷气推进实验室工作了2个暑假。2013年,他们和其他折纸专家试制了一个太阳能阵列,折叠起来的直径是2.7米,而展开后形成的结构宽达25米。附图是其二十分之一尺寸的原型,扩展后的部署直径为1.25米。
特雷斯说,折纸时手里折的是纸,几乎没有厚度;而构造太阳能电池板的材料要厚得多。所以他们在处理材料时“必须反复思考设计,以便适应每次弯折所积累的厚度,”他说。“我们是同时研制大、小两个尺寸,尽可能打开多个领域的应用。”他设想小型可折叠阵列可用于一种名为“立方体”的小卫星。折纸概念还能用于太空天线,特别是那些径向部署,也就是部件从中心向各个方向外延的航天器。
研究人员表示,折纸直到40年前才被视为严肃的数学分析命题。而现在,折纸概念与现代技术的整合让人越来越感兴趣。
有朝一日折纸可能促成从太空向地球输送太阳能。设想让电站在空间轨道绕行,借助微波束将收集到的能量无线地射到地球。特里斯说,折叠式阵列发射升空较容易,因为可以折叠、打包,用单一火箭发射,也“不需要宇航员在太空组装”。考虑到将1公斤重的物体发送至太空轨道需要约23400美元,新技术的成本效益是明显的。凌启渝