讓一顆納米衛星在太空中移動，只需要很小的推力。來自密歇根理工大學和馬里蘭大學的工程師們聯手，將納米級火箭放在顯微鏡下，進行了深度研究，觀察它是如何工作的。

 

納米衛星的延續和超越

當一顆衛星被火箭送入軌道時，它的旅程才剛剛開始。如果它想憑一己之力升入太空，那么該衛星則需要一個機載推進器，能將它導航到其所需的位置，然后停留在預定軌道，盡管太空中有很多阻礙因素，會竭盡所能使它偏離航線。

“太空不是我們想象的那樣，所謂真空不是空的虛無狀態，” 機械工程專業研究生，研究論文的主要作者庫爾特 特休恩說，他將最新研究成果發表在了本周出版的《納米技術》期刊上。“太空中有少量的大氣會給衛星帶來阻力，太陽風會讓衛星偏離航線，太空垃圾也會持續不斷地制造麻煩。”

 

 

這些問題在新的太空探索時代特別重要。目前，已經有幾十家公司計劃在未來五年內推出幾千個微型衛星，其中的一部分只有鞋盒大小。每一個納米衛星都需要自己的微型推進器。一個解決方案電推進器，特休恩與他的導師，航天系統工程教授L. 布拉德 金，羅恩和伊萊恩 斯塔爾一起進行研究工作。這些推進器的推進劑被稱為“離子液體”，是一種室溫液體鹽。

“就像我們吃薯條時用的氯化鈉食鹽一樣，離子液體主要是由數量大致相等的正負帶電離子組成的，”特休恩說，通過航天器電池供電的電場，能夠對這些離子施加作用力，將它們以極快的速度推進到太空。噴射的離子束可以提供衛星所需的合適的推力。

 

電噴射引擎

多個微型電噴射推進器綁定在一起，能夠將宇宙飛船推進到相當遙遠的距離，甚至可以到達最近的系外行星。目前，電噴射推進器正在歐洲航天局的LISA探路者任務上進行測試，以期在太空中精準地平衡物體，使它們只受引力波的擾動。

但是這些液滴引擎也存在一個問題：它們有時候會形成針尖狀，擾亂推進器的工作方式——它們會擋住離子向外流動的路線，并將液體變成固體。特休恩和金想弄清楚這種情況發生的原因。

 

 

“我們面臨的挑戰是在這樣一個強電場作用下獲得材料的圖像，這就是為什么我們要求助于馬里蘭大學的約翰 卡明斯，”金說，卡明斯在挑戰性材料的研究方面很有建樹。在馬里蘭大學先進顯微成像技術實驗室，卡明斯將微型推進器放在透射電子顯微鏡（TEM）下，這是一個更高級的顯微鏡，分辨力可達幾微米。他們觀察到液滴拉長并形成針尖狀，接下來開始發射離子。這時候出現了樹狀的缺陷。

 

回到軌道上

研究人員說，弄清楚為什么會形成這些分叉結構，就可以防止它們的形成。問題發生的原因是，顯微鏡的高能電子束使流體呈現出放射狀，打破了離子中原子之間的一些化學鍵。這損害了熔鹽的分子結構，所以它形成膠體并堆疊加起來。

“我們能夠實時觀察到樹狀結構的形成，” 特休恩說。具體機制仍然需要進行調查，這對于身處高輻射環境下的航天器來說非常重要。”

他補充說，雖然顯微鏡的電子束比自然環境中的更強大，但凝膠作用也能影響位于外層空間和地球同步軌道的電噴射引擎的壽命。

 

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在顯微鏡下研究納米火箭

圖文簡介

讓一顆納米衛星在太空中移動，只需要很小的推力。來自密歇根理工大學和馬里蘭大學的工程師們聯手，將納米級火箭放在顯微鏡下，進行了深度研究，觀察它是如何工作的。