Ion-emitting ferrofluid pigge kunne drive små-satellitter

0
23

Ferrofluids can not only act as a fuel source, they can create part of the engine ...

Ferrofluids kan ikke kun fungere som en brændstofkilde, at de kan skabe en del af motoren på flyve så godt

(Credit: Sarah Fugl/Michigan Tech)

For det meste, 1.000 eller så satellitter, der kredser om Jorden, er der fremdrives ved deres første stød og vores planets tyngdekraft. Men der er ofte behov for at flytte satellitter og for, at fartøjet har brug for en assist fra en form for brændstof. Nogle af disse satellitter bruge electrospray fremdrift til jig rundt i rummet, en metode, der indebærer at skyde flydende eller ioner gennem nåle-tynd dyser. Den kraft af den udvisning, der skaber fremdrift i den modsatte retning. Men electrospray systemer er notorisk vanskelig og udsat for brud, så forskere ved Michigan Tech har udviklet en måde at lave sådan et system ud af sin egen ferrofluid brændstof kilde, hvilket gør dyser konstant repareres.

For første gang produceret i en stabil form af NASA ‘ s Steve Papell i 1964, ferrofluids er væsker, der normalt indeholder nanopartikler af magnetit-belagt for at forhindre sammenklumpning. Fordi magnetit kan nemt blive tiltrukket af magneter, og kan faktisk blive magnetisk sig selv, ferrofluids er nemt manipuleres af magneter.

I sit arbejde, et hold, ledet af Brandon Jackson – Michigan Tech ph.d. – kandidat i mekanik – skabt en computermodel af en microthruster array ved hjælp af, hvad der kaldes en ionisk væske ferrofluid, en flydende salt, der har både magnetiske og ioniske egenskaber (En ionisk materiale, der er én, der består af en serie af ioner – positivt eller negativt ladede partikler, der holdes sammen af elektrostatiske kræfter). De fandt, at væske kan blive magnetisk manipuleret på en sådan måde, at det kan bruges til at samle sin egen lille nål, som kan helbrede sig selv eller vokse på ny, hvis den er beskadiget.

Hvad mere er, når elektriciteten anvendes til væske, når dysen er oprettet, er det skyder ud en strøm af ioner til at skabe stak. Mens dette svarer til den måde, andre ion-motorer systemer virker, i dette tilfælde, dyser og den væske, er en og den samme, så materiale til at reparere dem, er altid ved hånden.

Tanken om at bruge ferrofluids som trykmotorer, der kom fra Jackson, professor, L. Brad King, i 2012. King er medforfatter på en artikel om resultaterne for nylig blev offentliggjort i Fysik af Væsker.

“Når vi lægger en magnet under en lille pulje af ferrofluid, det bliver til en smuk pindsvin struktur tilpasset toppe,” sagde Kongen. “Når vi anvender et stærkt elektrisk felt til at række toppe, som hver udsender en individuel mikro-stråle af ioner.”

Alt det gamle er nyt igen

Tilbage i 60’erne, Papell oprindeligt oprettet væsker til at løse et problem: Hvordan kan du flytte brændstof i et rumfartøj, der er fri af tyngdekraften? Han mente, at ved at sætte bittesmå jern partikler i brændstof, det kan blive trukket ind i motoren ved hjælp af magneter. Metoden blev til sidst opgivet som fast brændsel, drivmidler blev udviklet. Så den metode, der blev flyttet igen som en måde at cirkulerer en væske omkring et rumfartøj, der kan sprede varmen fra solen vendende side af et rumskib, der er til den kolde side, der vender væk fra solen. Men igen, som nye teknologier, som er udviklet, blev det opgivet.

Når magnetiske felter, der er anvendt til at ferrofluids, kan de danne et pindsvin-lignende form

(Credit: Sarah Fugl/Michigan Tech)

Nu, takket være Jackson og King ‘ s forskning, det ser ud til, at væsker kan have en reel chance for at finde et hjem på plads. Men en fuldt fungerende microthruster kan tage et stykke tid at udvikle. Det næste skridt for King ‘ s team vil være at skabe en thruster, der indeholder 100 eller flere toppe, der kan alle udsender ioner på samme sats for at skabe endnu stak.

“Ofte i laboratoriet vil vi have en peak arbejds-og 99 andre, luddovne,” siger Kongen. “Brandon’ s model vil blive et afgørende værktøj for holdet at gå videre. Hvis vi er succesfulde, vores thruster vil gøre det muligt for små billige satellitter med deres egen fremdrift til at blive masseproduceret. Der kan forbedre remote sensing for bedre klima modeller, eller give en bedre internet-forbindelse, der er tre milliarder mennesker i verden stadig ikke har.”

I tillæg til de anvendelser, Michigan Tech, som har en verserende patent på systemet, siger microthrusters kan også bruges i produktionen af lægemidler, inden for nanofabrikation, og i spektrometri – en måling af teknik, der bygger på adfærd af ioner.

Kilde: Michigan Tech