Наноспутники будет выводить на орбиту ферромагнитная жидкость
Наноспутники – это космические аппараты размером со смартфон, призванные решать простые, но важные задачи. Сейчас на орбите Земли десятки таких крохотных спутников без устали помогают НАСА, минобороны США и даже частных компаниям.
Немало компонентов наноспутники позаимствовали у земных гаджетов: миникамеры, радиоприемники, GPS-приемники… Но есть одна технология, которая работает только в космосе. «Даже у лучших смартфонов нет миниатюрных ракетных двигателей», - говорит Л. Брэд Кинг (L. Brad King) из Мичиганского технологического университета.
Запустить наноспутник на орбиту можно без специальной ракеты. Эти небольшие устройства «подвозят» обычные ракеты, выполняющие свои собственные задачи. Но «попутчиков» не всегда высаживают там, где им нужно. В космосе наноспутник приходится «подталкивать» с места высадки на нужную орбиту – вот тогда и наступает время миниатюрного реактивного двигателя.
Последние несколько лет ученые со всего мира конструировали такие ракеты из микроскопических полых иголок, элекрораспыляющих тонкие струи жидкости, толкающие космический аппарат в противоположном направлении. Жидким ракетным топливом в таких двигателях служит так называемая ионная жидкость. Иголка-микродвигатель тоньше человеческого волоса, в длину не превышает миллиметра, а создаваемая им сила тяги равна весу пары песчинок. Несколько сотен таких иголок умещаются на платформе размером с почтовую марку и создают достаточно тягового усилия для маневрирования наноспутником.
Но такие микроракетные двигатели очень сложны в производстве. «Они очень малы, требуют тонкой работы – и поэтому совсем недешевы, не говоря уж о хрупкости иголок. Они легко ломаются от случайного столкновения или от дугового разряда», - рассказывает Кинг.
Чтобы обойти эти проблемы, мичиганская группа придумала элегантную стратегию: вообще отказаться от дорогостоящей микротехнологии изготовления иголок, и позволить матери-природы сделать всё самой. «Мы работаем с уникальным типом жидкости – феррофлюидом, который естественным образом формирует ряд острых кончиков на своей поверхности. Каждый кончик способен распылить струю жидкости не хуже иголки», - рассказывает Кинг.
Феррофлюды, или ферромагнитные жидкости, активно используются в науке и технике начиная с 1960-х гг. Это коллоиды, состоящие из ферромагнитных частиц, находящихся во взвешенном состоянии в несущей жидкости. Кинг показал их действие на примере железной пыли, насыпанной в керосин. Жидкость спокойна, пока ученый не ставит под нее магнит – и на поверхности внезапно появляется ряд ровных «пиков», напоминающий горную цепь или прическу Барта Симпсона. «Пики» сохраняют идеальную стабильность, как бы ученый ни тряс жидкость и даже переворачивал ее. Но стоит убрать магнит, и поверхность снова становится идеально плоской.
Группа Кинга пыталась создать ионную жидкость, которая вела бы себя как феррофлюид – и тут они узнали, что ученые из Сиднейского университета уже делают такие вещества, на основе магнитных наночастиц компании Sirtex, используемых в лечении рака печени. «Они послали нам образец, и мы сделали на основе него микродвигатель. Теперь мы отлично сотрудничаем. Удивительно, что одна и та же технология помогает лечить опухоли и создавать микроракеты для космических аппаратов», - говорит ученый.
Первый прототип Кинг и коллеги изготовили из 2,5-сантиметрового куска алюминия, на который помещено небольшое кольцо специальной жидкости. Когда под конструкцию кладется магнит, жидкость образует «корону» с пятью зубцами. При применении к ней электрической силы из каждого зубца вылетают струи жидкости, создавая тягу. «Это захватывающее зрелище. Пики становятся всё выше и тоньше, выше и тоньше, и наконец круглые кончики разлетаются на наноострые точки и начинают испускать ионы», - рассказывает Кинг.
Микродвигатель практически неуязвим. Кончики вырастают заново после любого повреждения. Группа Кинга по собственной небрежности смогла испытать «самозалечивание». «Мы случайно подняли напряжение слишком сильно, и кончики взорвались в небольшой вольтовой дуге. Из оставшейся ферромагнитной жидкости немедленно сформировалась новая корона и начала создавать тяговое усилие».
Ферромагнитный микродвигатель пока не готов выводить спутники на орбиту. «Сначала нам нужно во всех подробностях разобраться, что происходит на микроскопическом уровне, а потом разработать экспериментальный образец большего размера», - утверждает Кинг.
По материалам Science World Report.
Артём Космарский nauka21vek.ru