Ученые MIT продемонстрировали миниатюрный 3D-печатный ионный двигатель на чистых ионах

Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) изготовили с помощью технологий 3D-печати миниатюрный ионный двигатель для наноспутников. Ученые утверждают, что это первый ионный двигатель, изготовленный исключительно с применением аддитивных технологий, и первый образец, генерирующий тягу чистыми ионами из ионных жидкостей.

Тяга миниатюрного двигателя диаметром чуть больше десятицентовой монетки (около двух сантиметров) крошечна и измеряется несколькими десятыми долями микроньютона или примерно половиной веса кунжутного зернышка. Низкая тяга — это вообще характерная черта ионных двигателей, компенсируемая высоким удельным импульсом — экономичностью и максимальной скоростью, недостижимой химическими ракетными двигателями. Обычно ионные двигатели используются для орбитальной коррекции спутников, но могут применяться и в качестве разгонных систем для межпланетных космических аппаратов.

Проект ученых MIT носит экспериментальный характер и направлен в первую очередь на отработку технологий производства недорогих, но при этом высокоэффективных ионных двигателей для миниатюрных спутников в формате CubeSat. Разработчики считают, что аддитивное производство обладает необходимым потенциалом для оптимизации конструкции и снижения себестоимости таких систем.

Двигатель использует электрогидродинамический эффект, выбрасывая поток заряженных частиц под воздействием электрического поля. «Топливом», а точнее реактивной массой служит ионная жидкость в виде солевого расплава. 3D-печатная конструкция содержит топливный резервуар и массив миниатюрных конусообразных эмиттеров с покрытием из нановолокон оксида цинка, выращенных на поверхности методом гидротермального синтеза. Сама конструкция печаталась разными методами и с использованием разных материалов: один из вариантов изготовили из полимера, а другой — из нержавеющей стали. Стальной вариант работает лучше, но и стоит дороже, хотя в целом ученые отмечают значительное снижение затрат на изготовление в сравнении с традиционными методами.

Чистый ионный выхлоп оказался неожиданностью, и ученые пока сами не могут внятно объяснить его происхождение: обычно электрораспыление ионных жидкостей не отличается такой чистотой результата и дает на выходе комбинацию чистых ионов и ионов, смешанных с нейтральными молекулами. Руководитель проекта Луис Фернандо Веласкес-Гарсия (доктор технических наук и старший научный сотрудник лаборатории микросистемной техники (MTL)) и его коллеги подозревают, что «секретным соусом» послужили упомянутые выше нановолокна оксида цинка и их взаимодействие с топливной жидкостью по мере доставки к эмиттерам, но эта теория все еще требует подтверждения. Доклад научной команды опубликован в журнале Additive Manufacturing.

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.