Прототип ионного двигателя изготовили на 3D-принтере

Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) изготовили на 3D-принтере миниатюрный ионный двигатель диаметром 20 мм. Это первый двигатель такого типа, который производит чистые ионы из ионных жидкостей, используемых для создания движителя. Исследователи ставили целью разработку технологии производства недорогих ионных двигателей для миниатюрных спутников CubeSat.

Для ионных двигателей характерна низкая тяга, но этот недостаток компенсируется высоким удельным импульсом — максимальной скоростью потока, которая недостижима для обычных ракетных двигателей. Поэтому ионные двигатели используются для коррекции орбиты спутников, но, в перспективе, могут использоваться как разгонные системы для межпланетных звездолетов.

Двигатель использует электрогидродинамический эффект, выбрасывая поток заряженных частиц под воздействием электрического поля. Реактивной массой служит ионная жидкость в виде солевого расплава. 3D-печатный корпус двигателя имеет топливный резервуар с ионной жидкостью и множество миниатюрных конусообразных эмиттеров с покрытием из нановолокон оксида цинка, выращенных на поверхности методом гидротермального синтеза. Нанопроволоки действуют как фитили для транспортировки жидкости из резервуара к наконечникам излучателей. При подаче напряжения между эмиттерами и электродом экстрактора заряженные частицы выбрасываются из наконечников эмиттеров. Конструкцию изготавливали с помощью различных технологий 3D-печати и из разных материалов. Наибольшую эффективность показал образец из нержавеющей стали.

Чистый ионный выхлоп стал неожиданным результатом, и ученые пытаются объяснить его происхождение. Ведь электрораспыление ионных жидкостей не отличается такой чистотой результата и дает при работе двигателя комбинацию чистых ионов и ионов, смешанных с нейтральными молекулами. Руководитель проекта старший научный сотрудник лаборатории микросистемной техники (MTL) Луис Фернандо Веласкес-Гарсия предполагает, что такой эффект позволили получить нановолокна оксида цинка и их взаимодействие с топливной жидкостью по мере доставки ее к эмиттерам. Он также считает, что конструкции электроспрея могут иметь много применений в технике: «Можно испускать не только ионы, но и, например, нановолокна и капли. Вы можете использовать волокна для изготовления фильтров или электродов для хранения энергии, или использовать капли для очистки морской воды, удаляя рассол. Вы также можете использовать конструкции электроспрея в камере сгорания, чтобы распылять топливо на очень маленькие капельки».

Исследователи отмечают, что применение 3D-печати привело к значительному снижению затрат на изготовление ионных двигателей по сравнению с традиционными методами производства. Чистые ионы делают двигатель более эффективным, чем аналогичные современные устройства, придавая ему большую тягу на единицу расхода топлива. Это позволило сделать еще один шаг к созданию двигателя для межпланетных перелетов.

Источник: MIT