Ion-emitting ferrofluid spikar kunde driva små satelliter

0
47

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

Ferrofluider kan inte bara agera som en energikälla, de kan skapa en del av motorn i farten samt

(Credit: Sarah Fågel/Michigan Tech)

För det mesta, 1000 eller så satelliter som kretsar runt Jorden drivs av deras första dragkraft och planetens gravitationskraft. Men det är ofta behovet av att flytta satelliter och för att båten behöver en assist från någon typ av bränsle. Några av de satelliter använder electrospray framdrivning att jiggen runt i rymden, en metod som handlar om att skjuta flytande eller joner nål genom tunna munstycken. I kraft av utvisningen skapar dragkraft i motsatt riktning. Men electrospray system är ovanligt känsliga och benägna att gå sönder, så forskare vid Michigan Tech har utvecklat ett sätt att skapa ett sådant system ur sin egen ferrofluid energikälla, vilket gör munstycken ständigt repareras.

För första gången produceras i en stabil form av NASA: s Steve Papell 1964, ferrofluider är vätskor som vanligtvis innehåller nano-partiklar av magnetit som ytbehandlas för att förhindra klumpar. Eftersom magnetit kan vara lätt att lockas av magneter, och kan verkligen blivit magnetiska själv, ferrofluider är lätt manipuleras av magneter.

I sitt arbete, en grupp ledd av Brandon Jackson – Michigan Tech doktorsexamen kandidat i maskinteknik – skapat en datoriserad modell av en microthruster matrisen med hjälp av vad som kallas en jonisk flytande ferrofluid, en flytande salt som har både magnetiska och joniska egenskaper (Ett joniskt material är ett material som består av en serie av joner – positivt eller negativt laddade partiklar, som hålls samman av elektrostatiska krafter). De fann att vätska kan vara magnetiskt manipuleras på ett sådant sätt att det kan användas för att montera en egen liten nål som kan läka sig själv eller växa på nytt om den är skadad.

Vad är mer, när el används till vätska när munstycket är skapat, det skjuter ut en ström av negativa joner för att skapa dragkraft. Även om detta är på samma sätt som andra ion framdrivningssystem arbete, i detta fall, munstycken och vätska är en och samma, så att materialet för att reparera dem är alltid till hands.

Tanken med att använda ferrofluider som styrpropellrar kom från Jackson är professor, L. Brad King, 2012. Kungen är medförfattare till en artikel om resultaten som nyligen publicerades i Fysik i Vätskor.

“När vi sätter en magnet under en liten pool av ferrofluid, det förvandlas till en vacker igelkott struktur anpassas toppar,” sade Kungen. “När vi tillämpar ett starkt elektriskt fält till att utbud av toppar, var och en avger en enskild micro-jet av joner.”

Allt gammalt blir som nytt igen

Tillbaka i 60-talet, Papell ursprungligen skapades vätska för att lösa ett problem: Hur skulle du flytta bränsle i en rymdfarkost som är fri från tyngdkraften? Han resonerade som så att genom att sätta små järn partiklar i bränslet, det kan dras in i motorn med hjälp av magneter. Metoden var så småningom övergavs som fast bränsle, drivmedel har utvecklats. Då metoden kom ut igen som ett sätt att cirkulera vätska runt en rymdfarkost som kan avleda värmen från solen vända sidan av en rymdfarkost till den kallare sidan vänd bort från solen. Men återigen, eftersom ny teknik utvecklas, det övergavs.

När magnetiska fält används för att ferrofluider, kan de bilda en igelkott-liknande form

(Credit: Sarah Fågel/Michigan Tech)

Nu, tack vare Jackson och King ‘ s forskning, det verkar som om de vätskor som kan ha en verklig chans att hitta ett hem i rymden. Men en fullt fungerande microthruster kan ta ett tag att utveckla. Nästa steg för King ‘ s team kommer att vara att skapa en bogpropeller som innehåller 100 eller fler toppar som alla släpper ut joner i samma takt för att skapa dragkraft.

“Ofta i labbet så ska vi ha en topp som arbetar och 99 andra dagdriveri,” Kungen säger. “Brandon modell kommer att vara ett viktigt verktyg för laget framöver. Om vi är framgångsrika, vår bogpropeller kommer att göra det möjligt för små billiga satelliter med egen framdrivning att massproduceras. Som skulle kunna förbättra fjärranalys för bättre klimat-modellering, eller ge bättre internet-anslutning, vilket tre miljarder människor i världen fortfarande inte har.”

Utöver de använder, Michigan Tech, som har ett pågående patent på systemet, säger microthrusters kan också användas i produktionen av läkemedel, i nanotillverkning, och spektrometri – en mätteknik som bygger på beteendet av joner.

Källa: Michigan Tech