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麻省理工学院科学家开发完全3D印刷离子动力的纳米卫星推进器

研究人员麻省理工学院(麻省理工学院)设计并测试了一种新颖的3D打印离子发射卫星推进系统。

据信是沿着其外壳的发射极锥发射的带电离子颗粒的微小推进器,以使其给予几微米的推进。在空间无摩擦环境中,这种功率可以证明它可以使其成为传统的立方体发动机的低成本和有效的替代品。

该项目首席研究员Luis Fernando Velásquez-García表示:“如果你真的想要为太空开发高性能硬件,你真的需要优化构成这些系统的形状、材料等一切。”“3D打印可以帮助解决所有这些问题。”

“你进入太空的硬件,你想要多年的使用,所以这是一个有效的策略。”

研究人员的3D打印推进器(如图)以锥形离子发射器为特色,为其提供了推进通道。通过麻省理工学院的形象。

离子推进的益处

在将有效载荷推出到太空时需要使用巨大的化学动力火箭,一旦它们实际上在轨道上,操纵它们的推动率相对较小。因此,发出高速粒子的电喷雾推进器以提供推力,代表了在“乘坐共享”卫星任务中使用的有吸引力的选择。

电喷雾发动机在这种应用中特别有效,因为它们能够通过改变它们的极性来发射正面或带负电的粒子。更重要的是,他们的布局非常适合小型化,并消除对中和器的需求,使它们比传统设计更可靠和燃油效率。

然而,尽管近年来已经建立了许多液体动力系统,但它们往往是通过昂贵、耗时的减法来创造的。科学家们称,通过使用3D打印技术,现在有可能使该技术“大众化”,缩短设计过程,并生产小到中型批量产品。

“由于3D打印技术取得了巨大的进步,使用这种方法制造的设备的参数正变得越来越类似于通过更复杂、昂贵和受限的技术获得的参数,”托马兹·格兹拜克(Tomasz Grzebyk)教授评论道弗罗茨瓦夫大学。“所有这些优点都可以在麻省理工学院开发的离子推进器上看到。”

发射器能够持续开火,仅在唤醒时留下轻微的残留堆积(如图)。通过添加剂制造日记的照片。

添加剂麻省理工学院的设计

在他们的研究中,麻省理工学院的团队建立了两种微型机电系统(MEMS)设计:一种使用粘结剂喷射的基于SS 316l的发射器阵列,另一种使用丙烯酸聚合物。这些设备本身都有一个流体连接器、一个储液器和一个外壳,外壳包括一个嵌入式阵列的外部锥形发射器。

在生产过程中,研究小组发现,尽管两种发射器的基本设计相同,但聚合系统仍然需要使用支撑材料。这导致了产品最终尺寸的细微差异,而金属设备更短、更锋利的尖端最终使其比塑料设备发出更高的推力水平。

经过几个小时的测试,这两个系统都证明能够在没有任何性能下降的情况下运行,只产生一层很薄的“外壳”,可以很容易地去除。此外,这两台发动机的最大推力分别为191.3 nN和139.9 nN,比许多最先进的设备具有更高的“比冲”。

虽然金属MEMS被证明比聚合物版本更强大,但团队得出结论,后者可以在将来更加接近技术。鉴于其塑料电极的成本优势,科学家希望最终,它为新的学院设计和轨道空间任务提供了基础。

微卫星的兴起

3D打印不仅用于制造发射系统,而且用于制造卫星本身,并且许多公司创建了比以前更紧凑和高效的设备。

微型卫星制造商迷你立方体例如,已与服务局合作CRP USA3D打印飞行准备pocketqubes。添加剂设备,已经通过了a美国国家航空航天局GEVS-7000规范振动测试计划在Q2 2021期间推出。

印度3D打印机制造商3.也和印度理工学院3D打印jai后台卫星。作为太空竞赛全球立方体的一部分创建的小型立方体,重达了33.3克,使其成为世界上最轻的一个。

在其他地方,航空航天制造商麦芽县空间已将3D打印集成到其制造过程中SpaceBus neo卫星。添加剂制造的部件已成功添加到商业中欧洲通信卫星公司沟通该设备于2019年推出。

研究人员的调查结果在题为“用于纳米卫星推进的含有含量的电液动力离子液体纯离子源。“该研究由Dulce Viridiana MeloMáximoLuisFernandoVelásquarquerz-garcía共同撰写。

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特色图片显示麻省理工学院团队的塑料3D印花卫星推进器。图像通过添加剂制造期刊。