Ion-emitting ferrofluid toppene kunne drive små satellitter

0
43

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

Ferrofluids kan ikke bare fungere som et drivstoff kilde, kan de skape del av motoren på fly, så vel

(Credit: Sarah Fugl/Michigan Tech)

For det meste, 1000, – eller så satellitter i bane rundt Jorden er drevet av sine første kastet og jordens gravitasjonskraft. Men det er ofte behov for å omplassere satellitter og for at håndverket trenger en assist fra noen form for drivstoff. Noen av disse satellittene bruk electrospray fremdrift for å jigg rundt i rommet, en metode som innebærer skyting væske eller ioner gjennom nål-tynn dysene. De force av utvisningen skaper kastet i motsatt retning. Men electrospray systemer er svært ømfintlig og utsatt for brekkasje, slik at forskere ved Michigan Tech har utviklet en måte å lage en slik systemet ut av sin egen ferrofluid drivstoff kilde, noe som gjør dysene stadig kan repareres.

Først produsert i en stabil form av NASA ‘ s Steve Papell i 1964, ferrofluids er væsker som inneholder vanligvis nano-størrelse partikler av magnetitt belagt for å forhindre klumping. Fordi magnetitt kan være lett tiltrukket av magneter, og kan faktisk bli magnetisk seg selv, ferrofluids er lett manipulert av magneter.

I sitt arbeid, et team ledet av Brandon Jackson – Michigan Tech doktorgrad for kandidaten i mechanical engineering – laget maskinelt modell av en microthruster array ved hjelp av det som kalles en ionisk væske ferrofluid, en flytende salt som har både magnetiske og ioniske egenskaper (En ionisk materiale som består av en serie av ioner – positivt eller negativt ladede partikler – som holdes sammen av elektrostatiske krefter). De fant at væsken kan være magnetisk manipuleres på en slik måte at det kan brukes til å sette sammen sin egen lille nålen, som kan helbrede seg selv eller vokse på nytt hvis den er skadet.

Hva mer er, når strøm brukes til væske når dysen er opprettet, den skyter ut en strøm av ioner til å opprette skyvekraft. Mens dette er på samme måte som andre ion kjøretur ytelse systemer til å fungere, i dette tilfellet, dyser og væsken er ett og det samme, så materiale for å reparere dem er alltid på hånden.

Ideen om å bruke ferrofluids som thrustere kom fra Jacksons professor, L. Brad Kongen i 2012. Kongen er medforfatter av et papir om funnene nylig publisert i Fysikk i Væsker.

“Når vi setter en magnet under et lite basseng av ferrofluid, det blir til en vakker pinnsvin struktur justert topper,” sa Kongen. “Når vi bruker et sterkt elektrisk felt til at utvalg av topper, hver og en som avgir en individuell micro-jet av ioner.”

Alt gammelt er nytt igjen

Tilbake på 60-tallet, Papell opprinnelig opprettet væske for å løse et problem: Hvordan kan du flytte drivstoff i et romskip som er fri fra tyngdekraften? Han tenkte at ved å sette små jern partikler i oljen, det kunne bli trukket inn i motoren ved hjelp av magneter. Metoden ble til slutt forlatt av fast brensel drivmidler ble utviklet. Metoden ble fløtet igjen som en måte å bevege en væske rundt i et romskip som kan spre varmen fra solen-mot siden av et romskip til den kaldere siden som vender vekk fra solen. Men igjen, så nye teknologier som er utviklet, det ble forlatt.

Når magnetiske felt brukes til å ferrofluids, de kan danne et pinnsvin-lignende form

(Credit: Sarah Fugl/Michigan Tech)

Nå, takket være Jackson og King ‘ s forskning, ser det ut til at væske kan ha en reell sjanse til å finne et hjem i verdensrommet. Men en fullt fungerende microthruster kan ta en stund å utvikle. Neste trinn for King ‘ s team vil være å opprette en pådriver med 100 eller flere topper at alle kan avgir ioner på samme frekvens for å lage selv skyvekraft.

“Ofte i laboratoriet vi har en topp arbeids-og 99 andre loafing,” Kongen sier. “Brandon modellen vil være et viktig verktøy for laget fremover. Hvis vi lykkes, vår pådriver vil gjøre det mulig for små billig satellitter med egen fremdrift for å bli masseproduserte. Som kan forbedre fjernmåling for bedre klimamodellering, eller gi bedre internett-tilkobling, som tre milliarder mennesker i verden fortsatt ikke har.”

I tillegg til de som bruker, Michigan Tech, som har en ventende patent på systemet, sier microthrusters kan også brukes i produksjon av legemidler, i nanofabrication, og i spectrometry – en måling teknikk som baserer seg på atferd av ioner.

Kilde: Michigan Tech