Твердое металлическое топливо для двигателей наноспутников

Проверив Google-ученого Джонатана Луна в Hypernova , я нашел заголовок « Разработка вакуумного дугового двигателя для движения наноспутника», а затем нашел диссертацию Луна « Разработка вакуумного дугового двигателя для движения наноспутника».

Я не собираюсь читать все это, я думаю, что это может сделать другой автор ответа. Вместо этого здесь я рассмотрю вопросы материалов и физики, связанные с созданием ионов металлов.

Смотрите также

• МАРС-КОТ; Что такое амбиполярный двигатель Cubesat и как он работает?
• К какому двигателю относится это Isp=1600? Подходит ли он для кубсатов?
• Есть молоко? Почему термин «коллоид» используется в «коллоидном или электрораспылительном двигателе»?
• Коллоидные или электрораспылительные двигатели - есть ли преимущества перед ионными двигателями?
• Создание электрического поля для коллоидного двигателя (в настоящее время без ответа)
• Взаимосвязь между размерами детали и характеристиками ионного электрораспылителя (в настоящее время нет ответа)
• Переход с НОО на Луну с использованием только ионного двигателя малой тяги — возможно ли это?
• Что такое ЖКТ с литиевым питанием? Как это работает?

От Hypernova Space Technologies (щелкните, чтобы увеличить):

Если это металлический газ

Как правило, источники ионов работают в газовой фазе, так что вы можете поддерживать плазму, чтобы нейтральные атомы могли подвергаться ударам энергичных электронов много раз, пока одному из них не повезет, и он не ионизирует его. Затем электрическое поле вытягивает его наружу через отверстие или сетку и ускоряет. Давление обычно примерно такое, при котором поломка не слишком сложна. Например, люминесцентные лампы имеют несколько Торр.

• закон Пашена

Таким образом, нагрев металла с высоким давлением пара может быть одним из способов, но теперь у вас есть в основном супер-неэффективная лампочка накаливания.

Вместо создания плазмы можно также использовать поверхностную ионизацию . Вы используете щелочной металл группы 1 с высоким давлением паров (например, цезий) и испаряете его в присутствии катализатора, подобного (вероятно, горячей) платине, которая любезно удалит его «лишний» электрон группы I.

По крайней мере, вы делаете тостер, а не лампочку накаливания.

Это не какое-то устройство для полевой ионизации жидкого металла, но если бы это было...

Лучшим способом было бы использование полевой ионизации и/или источника ионов жидкого металла . Я сделал и галлиевый, и золотой LIMS. Золото плавилось и текло к кончику вольфрамовой иглы, где сильное электрическое поле ионизировало его. Галлий находился внутри стеклянной капиллярной трубки, и крошечное обратное давление толкало его в поле, где электростатические силы (сильное электрическое поле) вытягивали жидкий мениск в жидкий острый кончик.

В обоих случаях радиус кривизны жидких наконечников был порядка одного микрона, так что электрическое поле было порядка 10 вольт на ангстрем. В этот момент происходит полевая ионизация, и ионы металла отрываются от любых атомов на поверхности.

Двигатель двигателя можно сделать из тысяч или миллионов наноизготовленных игл и некоторого количества жидкого металла, который вытекает на них при низкой температуре. Существует множество низкотемпературных эвтектик , но галлий является отличным исходным материалом; вы можете растопить его в руке. (29,76 ° С)

Подробное обсуждение полевой ионизации см. в этом ответе на вопрос «Устранение неполадок в ионном двигателе своими руками ». Хотя это в контексте окружающего газа, а не жидкости, основной принцип тот же.

Он также связан с миниатюрными ионными электрораспылительными двигателями и тестами производительности на спутниках Cubesat; SSC12-VI-5 , в котором описывается использование ионных жидкостей с низким давлением паров (здесь вы не хотите, чтобы они испарялись!), Но ионные жидкости являются просто более удобной заменой металла, как обсуждалось в этом ответе на Почему мы не можем построить огромный стационарный оптический телескоп внутри впадины, похожей на FAST? в котором описывается использование вращающейся ванны с ионной жидкостью вместо ртути для изготовления огромного отражающего зеркала телескопа на Луне.

Миниатюрные двигатели с электрораспылением ионов, разрабатываемые в Массачусетском технологическом институте, открывают новые возможности для приложений, требующих точной тяги, или для проектирования миссий наноспутников. Имея удельный импульс (Isp) более 2500 секунд, отсутствие движущихся частей и негерметичные баки, содержащие жидкое топливо с нулевым давлением паров, они могут быть интегрированы в кубсат, совместимые с многодвигательными двигателями. В этой статье описываются технология и характеристики двигателя в дополнение к текущей разработке сборок прототипов, совместимых с кубсат, для эксплуатационных испытаний в космосе. Сборка, разрабатываемая в рамках этой исследовательской работы, умещается в пределах 1/3 кубсата высотой 1U и предназначена для обеспечения точного трехосного управления ориентацией и точной тяги, чтобы обеспечить общую скорость Delta-V более 200 м/с для кубсатов высотой 3U ( 3 кг). Главной целью является оценка в полете характеристик подруливающих устройств как высокоточных исполнительных механизмов. Потенциальные области применения наноспутников включают в себя управление ориентацией и точное наведение, корректировку орбиты, управление группировкой и ее обслуживание, групповой полет, вход в атмосферу, удаление мусора и другие маневры.

слева: Рис. 1. Модули iEPS, изготовленные из кремния (SPL). справа: рис. 2. Электронно-микроскопические изображения ионоизлучающих структур, изготовленных микроструктурами из пористых металлов ⁶ (щелкните, чтобы увеличить)

⁶ Д. Кортни и П. Лозано, Электрохимическая микрообработка пористого никеля для массивов электрораспылительных ионных эмиттеров, Журнал микроэлектромеханических систем (представлено) (2012 г.)

Из этого ответа на подруливающее устройство «Сделай сам» :

ниже: Слайд 52 из Ion sources Методы ионизации и десорбции поясняет, что чрезвычайно сильное поле порядка 1E+10 В/м, необходимое для ионизации атомов, создается иглой при потенциале 10 кВ, когда радиус кривизны острия уменьшается до 10 микрон . До тех пор, пока расстояние до земли велико, очень мало имеет значения, 1 см это или 10 см. С точки зрения поля на острие это почти бесконечность. Почти все падение потенциала происходит на первом миллиметре или около того, а поле достаточно велико, чтобы ионизировать атомы или молекулы на самом кончике.

источник