Ионный двигатель из феррофлюида
Десятки наноспутников — космических аппаратов размером со смартфон — находятся на околоземных орбитах, выполняя свои несложные, но от этого не менее важные задачи. Многие их электронные компоненты заимствованы у вполне земных гаджетов: миниатюрные камеры, радио- и GPS-приемники после некоторых усовершенствований вполне способны функционировать и в космическом пространстве. Но по крайней мере одну из технологий, необходимых для развития наноспутников, приходится разрабатывать практически с чистого листа: ни один смартфон пока не оснащен ракетными двигателями.
Наноспутники — это космические «автостопщики», как правило, добирающиеся на орбиту на «попутках». Ракета, выводящая на орбиту более массивный основной груз, может прихватить с собой и наноспутник, но совсем не обязательно «высадит» его в нужном месте. На заданную орбиту наноспутники вынуждены попадать своим ходом. Для этого необходимы двигатели.
Примером таких двигателей может служить установка, распыляющая тонкие струи ионной жидкости через полые иглы толщиной в несколько раз меньше человеческого волоса. Сотни игл упакованы в блок размером с почтовую марку. Такой двигатель может создавать тягу, эквивалентную весу нескольких песчинок. Но для маневрирования наноспутника этого вполне достаточно.
Однако изготовить сотни хрупких игл и объединить их в двигатель — непростая задача. Поэтому ионные двигатели, построенные по этому принципу, довольно дороги даже по космическим меркам. К тому же их может вывести из строя даже незначительный удар или возникшая по какой-либо причине электрическая дуга.
Исследователи из Мичиганского технологического университета во главе с Брэдом Кингом решили пойти по другому пути. Чтобы не столкнуться с технологическими сложностями, неизбежно возникающими при изготовлении микроигл, ученые решили использовать свойство ферромагнитной жидкости образовывать пики при воздействии магнитного поля. Каждое острие такой поверхности может распылять ионы также, как это делают микроиглы.
Однако перед тем, как разрабатывать двигатель, необходимо было получить ионную жидкость, которая вела бы себя как феррофлюид. Оказалось, что другая группа ученых, работающих в Сиднейском университете, уже решила эту задачу, смешав феррофлюид на основе наночастиц, производимых компанией Sirtex и используемых для лечения рака печени.
Первый ферромагнитно-ионный двигатель представлял собой дюймовый алюминиевый блок с кольцом феррофлюида в центре. Поблизости от магнита феррофлюид образует «корону» с пятью зубцами. А приложенная электрическая сила заставляет жидкость истекать из вершины каждого пика тончайшей струйкой, создавая тягу. «Это захватывающее зрелище, — рассказывает Кинг. — Пики становятся все выше и тоньше, и в какой-то момент закругленные вершины мгновенно превращаются в наноострые, начиная испускать ионы».
Ферромагнитно-ионный двигатель способен самовосстанавливаться, что и продемонстрировали (хотя и не намеренно) исследователи. Случайно приложив слишком высокое напряжение, они увидели, как пики разрушились в электрической дуге, но почти мгновенно сформировались вновь. А для типичного ионного двигателя такая ситуация оказалась бы фатальной.
Ученые планируют лучше изучить физические основы процесса, построив еще несколько прототипов. Возможно, такие двигатели когда-нибудь будут использованы для маневрирования реальных наноспутников.
По сообщению Michigan Tech News