麻省理工开发出全3D打印离子动力纳米卫星推进器

时间：2021-01-26 09:19 来源：中国3D打印网作者：中国3D打印网阅读：次

中国3D打印网1月26日讯，麻省理工学院（MIT）的研究人员设计并测试了一种新颖的3D打印离子发射卫星推进系统。微型推进器被认为是同类产品中第一个完全印刷的设备，它沿着外壳发射来自发射锥的带电离子粒子，以使其具有几微牛顿的推进力。在无摩擦的空间环境中，这种力量可能足以使其成为传统CubeSat发动机的低成本高效替代品。
该项目的首席研究员Luis FernandoVelásquez-García说：“如果您想认真地开发用于太空的高性能硬件，那么您确实需要研究优化形状，材料以及构成这些系统的所有事物。 3D打印可以帮助解决所有这些问题。您投入空间的硬件，您想要得到很多很多年的使用权，因此这是有效地做到这一点的良好策略。”

研究人员的3D打印推力器（如图）具有锥形离子发射器，可为它们提供推进的途径。图片来自麻省理工学院。
离子推进的好处
将有效载荷发射到太空需要使用巨大的化学动力火箭，一旦它们真正进入轨道，操纵它们所需的推力就相对较小。因此，可发射高速粒子流以提供推力的电喷雾推进器是用于“乘骑共享”卫星任务的诱人选择。电喷雾引擎在此类应用中特别有效，因为它们只需改变极性即可发射带正电或带负电的粒子。而且，它们的布局非常适合于小型化，并且不需要中和器，从而使其比传统设计更可靠，更节能。
但是，尽管近年来已经建造了许多液体动力系统，但它们通常是通过昂贵，费时的减法来创建的。科学家声称，通过3D打印，现在可以“民主化”技术，缩短设计过程并生产中小型批次。弗罗茨瓦夫大学教授Tomasz Grzebyk表示：“由于3D打印技术取得了长足进步，因此使用这种方法制造的设备的参数变得与通过更加复杂，昂贵且受限制的技术所获得的参数相似。所有这些优势也可以在麻省理工学院开发的离子推进器中看到。”

发射器能够连续发射，仅留下少量残留物（如图所示）。通过增材制造杂志拍摄。
附加的MIT“ MEMS”设计
在他们的研究中，麻省理工学院的研究小组建立了两种微机电系统（MEMS）设计：一种采用基于粘结剂喷射SS 316L的发射极阵列，另一种采用丙烯酸聚合物制成。这些设备本身都具有流体连接器，储液器和外壳，外壳包括嵌入式锥形外部发射器阵列。
在生产过程中，研究小组发现，即使两个发射器具有相同的基本设计，聚合物系统仍需要使用支撑材料。这导致产品的最终尺寸略有不同，并且金属装置的尖端更短且更锋利，最终使其发出的推力级别高于塑料装置。

经过数小时的测试，这两个系统都被证明能够在不降低任何性能的情况下运行，仅产生了一层薄薄的“外壳”，可以轻松去除。而且，这两种发动机的每个发射器产生的最大推力分别为191.3 nN和139.9 nN，从而使它们的“比冲量”比许多先进设备更高。

尽管事实证明金属MEMS比聚合物版本更强大，但研究小组得出的结论是，后者可以在将来提供更多使用该技术的途径。鉴于塑料电极的成本优势，科学家们希望最终，它可以为一系列新的大学主导的设计和轨道太空飞行任务提供基础。

微卫星的兴起
       3D打印不仅用于制造发射系统，还用于制造卫星本身，并且许多公司已经开发出比以前更紧凑，更高效的设备。例如，微型卫星制造商Mini-Cubes已与美国服务局CRP合作，以3D打印技术准备就绪的PocketQubes。这些附加设备已经通过了NASA GEVS-7000规范的振动测试，计划在2021年第二季度推出。
        印度3D打印机制造商3Ding还与印度斯坦科技学院的学生合作，对Jai Hind 1-S卫星进行3D打印。作为全球“太空立方体”竞赛的一部分而创建的CubeSat仅重33.3克，使其成为世界上最轻的行星之一。
        在其他地方，航空航天制造商Thales Alenia Space已将3D打印集成到其Spacebus NEO卫星的制造过程中。增材制造的零件已成功添加到2019年推出的商用Eutelsat Communications设备中。

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