3D印刷的纳米卫星推进器发出纯离子进行推进

纳米卫星推进器

利用氧化锌纳米线的3D印刷和水热生长的组合,发出纯离子流的纳米卫星推动器是它们的首先是完全加剧制造的。不锈钢版(顶部)整体工作更好,但生产的昂贵更昂贵。麻省理工学院研究人员发现,聚合物版本(底部)以较低的成本产生相当的性能。信用:Velásquez-garcía集团

研究首先是使用纯离子发射的全丝推进器的首先证明用于推进的3D印刷推进器。

发出纯离子流的3D印刷推进器可能是微型卫星的低成本,极高的推进源。

纳米卫星推进器创造麻省理工学院研究人员是首先,使用氧化锌纳米线的3D印刷和水热生长的组合来完全加剧地制造。它也是这种类型的第一个推进器,用于从用于产生推进的离子液体产生纯离子。

MIT MicroSystems技术实验室(MTL)的主要研究科学家Luis FernandoVelásquez-garcía表示,纯离子比类似的最先进的设备更有效地效率比类似的最先进的装置更有效。

由设备提供的设备提供的推力是小尺寸的。可以在几十微调的尺度上测量力,其推动大约等于汉堡包中的芝麻种子的一半的速度。但在轨道的无摩擦环境中,立方体或类似的小卫星可以使用这些微小的推力来加速或用微量控制进行操纵。

Velásquez-garcía表示,添加剂制造的优势为动力卫星提供了新的低成本可能性。“如果您想认真开发高性能硬件以进行空间,您真的需要查看优化形状,材料,组成这些系统的一切。3D打印可以帮助所有这些东西,“他说。

Velásquez-garcía和MTL Postdoc Dulce Viridiana MeloMáximo描述了2020年12月期刊的推进器添加剂制造。该工作由MIT-TecnológicoDeMonterred计划在纳米科学和纳米技术和麻省理工学院葡萄牙计划中赞助。

电喷雾纯离子

小型化推进器在电学动力学上操作,产生促进的加速,带电粒子的细喷雾,以产生推进力。颗粒来自一种称为离子液体的液体盐。

在麻省理工学院设计中,3D印刷体保持离子液体的储存器以及涂有氧化锌纳米线在锥形表面上生长的氧化锌纳米线的发射锥体的微型森林。纳米线充当灯芯,以将液体从储存器运送到发射极尖端。通过在发射器和3D印刷提取器电极之间施加电压,从发射极尖端喷射带电粒子。研究人员试验用一种不锈钢和聚合物树脂印刷发射器。

研究人员能够使用称为质谱法检测纯离子射流,其可以基于其分子量鉴定颗粒的组成。通常,由离子液体产生的电喷雾将含有离子加上与中性分子混合的离子制成的其他物种。

纯离子喷气式飞机是一个令人惊讶的是,研究团队仍然没有完全肯定它是如何生产的,尽管Velásquez-garcía和他的同事认为氧化锌纳米线“是秘密的酱汁,”他说。“我们认为它与注入电荷的方式有关,并且流体与电线材料相互作用的方式将流体运输到发射位点。”

制造纯离子射流意味着推进器可以更有效地在船上推进剂,并且推进剂效率是轨道中物体的关键,因为加油卫星很少是一种选择,他解释说。“你投入到太空的硬件,你想要多年的使用,所以我认为有效地做到这一点是一个很好的策略。”

添加剂制造的优点

Velásquez-garcía说,电喷雾设计可以在空间中具有许多应用。该技术“可以发出不仅仅是离子,而且还可以散发出纳米纤维和液滴。您可以使用纤维使滤波器或用于储能的电极,或者使用液滴通过去除盐水来净化海水。您还可以在燃烧器中使用电喷雾设计,将燃料雾化为非常小而细小的液滴。“

纳米卫星推进器是一个很好的示例,添加剂制造如何生产出“是个性化,定制和由精细特色,复杂的多材料结构制造”的设备,他增加。而不是使用昂贵的激光加工或用于专业工业制造的洁净室技术,他和他的同事们在商业打印机上使用了可以广泛分配的说明制作了推进器。

由于该技术相对便宜,快速且易于使用,Velásquez-garcía表示设计可以“精致迭代”,以改善功能,探索令人惊讶的效果,例如新推进器的情况下的纯离子发射。

3D打印微系统的优点包括较低的成本和较短的原型开发和开发的时间,以及令人轻松的多层结构,弗罗茨瓦夫科学技术大学的微系统教授Tomasz Glezebyk表示,他们没有参与这项研究。

“也可以在麻省理工学院开发的离子推进器中看到所有这些优势,”格泽比斯说。“又有多,由于过去几年的3D印刷中存在巨大进展,使用该方法制造的设备的参数正在与通过更复杂,昂贵,并且限制在专业的实验室微程技术的比较方面具有类似的参数。”

“3D印刷技术也不断改进,可能使得可以在不久的将来实现更好的系统,这些系统具有更小的功能并且由更好的材料制成,”他说。“我们正追踪生产更多人能负担得起的最佳硬件。”

参考2012年11月21日,Dulce Viridiana MeloMáximo和Luis FernandoVelásquez-garcía,“纳米卫星推进的纳米卫星推进的含有电液动力离子液体纯离子源离子液态纯离子源。添加剂制造
DOI:10.1016 / J.addma.2020.101719

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