Наука 25 января 2021

Напечатанный наноспутниковый двигатель излучает чистые ионы для движения

Исследование ученых из MIT, опубликованное в журнале Additive Manufacturing, является первой демонстрацией полностью напечатанного на 3D-принтере двигателя малой тяги, использующего чистую ионную эмиссию для движения.

Читайте «Хайтек» в

Напечатанный на 3D-принтере двигатель малой тяги, который испускает поток чистых ионов, может стать недорогим и чрезвычайно эффективным источником движения для миниатюрных спутников.

Наноспутниковый двигатель, созданный исследователями Массачусетского технологического института (MIT), является первым в своем роде двигателем — он полностью аддитивен. При его создании использовалась комбинация 3D-печати и гидротермального роста нанопроволок оксида цинка. Также это первый двигатель такого типа, который производит чистые ионы из жидкостей, используемых для создания тяги.

Чистые ионы делают двигатель более эффективным, чем аналогичные современные устройства, придавая ему большую тягу на единицу потока топлива, объяснил Луис Фернандо Веласкес-Гарсия, главный научный сотрудник лаборатории Microsystems Technology Laboratories (MTL) Массачусетского технологического института.

Тяга, обеспечиваемая устройством, размером с монету, мизерная. Сила может быть измерена в масштабе нескольких десятков микроньютонов, тяга примерно равна половине веса одного из семян кунжута в булочке для гамбургера. Но в среде орбиты без трения CubeSat или аналогичный небольшой спутник может использовать эти крошечные толчки для ускорения или маневрирования с точным контролем.

Веласкес-Гарсиа подчеркивает, что преимущества аддитивного производства открывают новые возможности с низкой стоимостью для питания спутников.

Миниатюрный двигатель малой тяги работает электрогидродинамически, производя мелкую струю ускоренных заряженных частиц, которые выбрасываются для создания движущей силы. Частицы происходят из ионной жидкости. Ее особенность в том, что она содержит только ионы. В широком смысле этого понятия ионные жидкости — это любые расплавленные соли, например, расплавленный хлорид натрия при температуре выше 800 °C.

В дизайне MIT корпус, напечатанный на 3D-принтере, содержит резервуар с ионной жидкостью вместе с миниатюрным частококолом эмиттерных конусов, покрытых нанопроволокой из оксида цинка, гидротермально выращенной на поверхности конусов. Нанопроволоки действуют как фитили, транспортируя жидкость от резервуара к наконечникам эмиттера. При приложении напряжения между эмиттерами и вытяжным электродом, напечатанным на 3D-принтере, заряженные частицы выбрасываются из наконечников эмиттера. Исследователи экспериментировали с печатью излучателей из нержавеющей стали, а также из полимерной смолы.