3D Baskılı Nanosatellite İtici, tahrik için net simgeler yaymakta.

Çalışma, tahrik için saf iyon emisyonu kullanan tamamen 3B yazdırılmış bir iticinin ilk gösterimi.

Saf iyon akışı yayan 3B yazdırılmış bir itici, minyatür uydular için düşük maliyetli, son derece verimli bir itme kaynağı olabilir.

MIT araştırmacıları tarafından oluşturulan nano uydu itici, 3 boyutlu baskı ve çinko oksit nanotellerin hidrotermal büyümesinin bir kombinasyonu kullanılarak tamamen ilave olarak üretilen türünün ilk örneğidir. Ayrıca, itme gücü oluşturmak için kullanılan iyonik sıvılardan saf iyonlar üreten bu tipteki ilk itici güçtür.

MIT’in Microsystems Technology Laboratories (MTL) baş araştırma bilimcisi Luis Fernando Velásquez-García, saf iyonların iticiyi benzer son teknoloji cihazlardan daha verimli hale getirdiğini ve itici gazın birim akışı başına daha fazla itme kuvveti verdiğini söylüyor.

Yaklaşık bir kuruş büyüklüğündeki cihaz tarafından sağlanan itme gücü çok küçük. Kuvvet, bir hamburger ekmeğindeki susam tohumlarından birinin ağırlığının yaklaşık yarısına eşit bir itme kuvveti olan birkaç on mikronewton ölçeğinde ölçülebilir. Ancak yörüngenin sürtünmesiz ortamında, bir CubeSat veya benzer şekilde küçük bir uydu, bu küçük itme kuvvetlerini hassas kontrolle hızlanmak veya manevra yapmak için kullanabilir.

Velásquez-García, katmanlı üretimin avantajlarının uydulara güç sağlamak için yeni düşük maliyetli olanaklar sunduğunu söylüyor. “Alan için yüksek performanslı donanım geliştirme konusunda ciddi olmak istiyorsanız, bu sistemleri oluşturan şekilleri, malzemeleri ve her şeyi optimize etmeye gerçekten bakmanız gerekir. 3D baskı tüm bunlarda yardımcı olabilir ”diyor.

Velásquez-García ve MTL postdoc Dulce Viridiana Melo Máximo, Additive Manufacturing dergisinin Aralık 2020 sayısında iticiyi anlatıyor. Çalışma, Nanobilim ve Nanoteknolojide MIT – Tecnológico de Monterrey Programı ve MIT Portekiz programı tarafından desteklendi.

Elektrospreyleme saf iyonları
Minyatürleştirilmiş itici elektrohidrodinamik olarak çalışır ve itici bir kuvvet oluşturmak için yayılan hızlandırılmış, yüklü parçacıklardan oluşan ince bir sprey üretir. Parçacıklar, iyonik sıvı adı verilen bir tür sıvı tuzdan gelir.

MIT tasarımında, 3 boyutlu baskılı bir gövde, koni yüzeylerinde hidrotermal olarak büyütülmüş çinko oksit nanotellerle kaplı minyatür bir yayıcı koni ormanı ile birlikte bir iyonik sıvı rezervuarı tutar. Nanoteller sıvıyı rezervuardan yayıcı uçlara taşımak için fitil görevi görür. Emitörler ile 3 boyutlu yazdırılmış bir ekstraktör elektrot arasına voltaj uygulayarak, emitör uçlarından yüklü parçacıklar çıkarılır. Araştırmacılar, emitörleri bir tür paslanmaz çelik ve bir polimer reçineye basmayı denediler.

Araştırmacılar, kütle spektrometrisi adı verilen ve moleküler kütlelerine göre parçacıkların bileşimini tanımlayabilen bir teknik kullanarak saf iyon jetini tespit edebildiler. Tipik olarak, iyonik sıvılardan üretilen bir elektrosprey, iyonların yanı sıra nötr moleküllerle karıştırılmış iyonlardan yapılan diğer türleri içerir.

Saf iyon jeti bir sürprizdi ve araştırma ekibi hala nasıl üretildiğinden tam olarak emin değil, ancak Velásquez-García ve meslektaşları çinko oksit nanotellerinin “gizli sos” olduğunu düşünüyor. “Yükün enjekte edilme şekli ve sıvıyı emisyon bölgelerine naklederken sıvının tel malzeme ile etkileşime girme şekli ile bir ilgisi olduğuna inanıyoruz.”

Saf iyonlardan oluşan bir jet üretmek, iticinin gemideki iticiyi daha verimli kullanabileceği anlamına geliyor ve yörüngedeki nesneler için itici yakıt verimliliği anahtar çünkü uydulara yakıt ikmali nadiren bir seçenek. “Uzaya koyduğunuz donanımı, ondan yıllarca kullanmak istiyorsunuz, bu yüzden bunu verimli bir şekilde yapmak için iyi bir strateji olduğunu düşünüyorum.”

Katmanlı imalatın avantajları
Velásquez-García, elektrosprey tasarımlarının uzayın ötesinde birçok uygulamaya sahip olabileceğini söylüyor. Teknik “sadece iyonları değil, aynı zamanda nanolifler ve damlacıklar gibi şeyleri de yayabilir. Lifleri filtre yapmak için veya enerji depolamak için elektrotlar yapmak için kullanabilir veya damlacıkları tuzlu suyu gidererek deniz suyunu saflaştırmak için kullanabilirsiniz. Ayrıca, yakıtı çok küçük ve ince damlacıklar halinde atomize etmek için bir yakıcıda elektrosprey tasarımlarını da kullanabilirsiniz. “

Nanosatellit itici, katmanlı üretimin “kişiselleştirilmiş, özelleştirilmiş ve ince özellikli, karmaşık çok malzemeli yapılardan” yapılmış cihazları nasıl üretebileceğine iyi bir örnek, diye ekliyor. O ve meslektaşları, özel endüstriyel üretim için pahalı lazer işleme veya temiz oda teknolojileri kullanmak yerine, iticiyi çoğunlukla yaygın şekilde dağıtılabilen talimatları kullanarak ticari yazıcılarda yaptılar.

Velásquez-García, teknikler nispeten ucuz, hızlı ve kullanımı kolay olduğu için, tasarımların özellikleri iyileştirmek ve yeni itici durumunda saf iyon emisyonu gibi şaşırtıcı etkileri keşfetmek için “zarif bir şekilde yinelenebileceğini” söylüyor.

3D baskı mikrosistemlerinin avantajları arasında daha düşük maliyetler ve prototip oluşturma ve geliştirme için daha kısa süreler bulunur.