211service.com
Veiksmingesnis kosminis variklis naudoja anglies nanovamzdelius
Joninės varomosios sistemos per pastaruosius 50 metų varė keletą aplink Žemę skriejančių ir tarpplanetinių erdvėlaivių. Dabar Džordžijos technologijos instituto tyrėjai kuria efektyvesnius jonų svaidiklius, kuriuose anglies nanovamzdeliai naudojami kaip gyvybiškai svarbus komponentas.
Veiksmingi skleidėjai: Anglies nanovamzdelių kvadratinių matricų mikrografija ant vieno centimetro x vieno centimetro silicio plokštelės. Matricos skirtos naudoti eksperimentiniame katode.
Jonų varomoji jėga veikia pagreitinant elektra įkrautas arba jonizuotas daleles, kad būtų galima varyti erdvėlaivį. Vienas iš labiausiai paplitusių jonų variklių, žinomas kaip Holo efekto variklis, jonizuoja dujas naudodamas elektronus, įstrigusius magnetiniame lauke. Tada susidarę jonai pagreitinami naudojant potencialą, palaikomą tarp anodo ir katodo. Tačiau kai kurie skleidžiami elektronai taip pat turi būti naudojami neutralizuoti iš erdvėlaivio skleidžiamo srauto jonus, kad erdvėlaivis nepasikrautų elektra. Esami Hall efekto varikliai turi sunaudoti apie 10 procentų erdvėlaivio ksenono dujinio kuro, kad sukurtų elektronus, reikalingus varikliui paleisti ir jonų pluoštui neutralizuoti.
„Georgia Tech“ mokslininkai sukūrė lauko emisijos katodą varikliui, naudodami anglies nanovamzdelius. Šio tipo katoduose elektronai išspinduliuojami po to, kai jie tuneliuoja per potencialo barjerą. Anglies nanovamzdelių konstrukcija yra ypač efektyvi, nes nanovamzdeliai yra neįtikėtinai stiprūs ir laidūs elektrai. Naudodami anglies nanovamzdelius galime gauti visus reikalingus elektronus nenaudodami jokio raketinio kuro, sako Mitchellas Walkeris , vyriausiasis tyrėjas projektas ir docentas Didelės galios elektros varymo laboratorija „Georgia Tech“. Tai reiškia, kad 10 procentų daugiau jonų svaidiklio kuro yra skirta tikrajai misijai, o tai prailgina erdvėlaivio tarnavimo laiką.
Mes galime ištraukti elektronus iš medžiagos galo mažesniu nei 0,25 voltų vienam mikronui greičiu, todėl sistema yra nepaprastai efektyvi. Judas Pasiruošęs , pagrindinis projekto tyrėjas. Priešingai, tuščiaviduriams katodams, įprastai naudojamiems jonų varikliuose, reikalinga sunki elektronika ir juos reikia kaitinti iki tūkstančių laipsnių, kad būtų gauta pakankamai didelė įtampa.
Be to, kadangi nanovamzdeliai yra ploni ir lengvi, juos galima uždėti ant privairavimo mechanizmo korpuso paviršiaus, todėl erdvėlaivis gali gabenti didesnius krovinius ir tilpti į mažesnes nešančias raketas. Walkeris šių metų pradžioje pristatė pranešimą apie naująjį katodą Jungtinių variklių konferencija ir paroda Denveryje ir teigia, kad naujoji sistema gali būti paruošta paleisti per trejus ar penkerius metus.
Geresnė trauka: Anglies nanovamzdelio katodas yra sumontuotas ant eksperimentinės sąrankos jonų svaidiklio viduje.
Anglies nanovamzdelių tyrimas katodams yra palyginti naujas metodas, tačiau vienas iš kelių, kurie buvo ištirti per pastarąjį dešimtmetį, sako Michaelas Pattersonas, pagrindinis naujosios jonų varomosios sistemos, kuri yra NASA evoliucinio ksenoninio variklio (NEXT) dalis, tyrėjas. programa. Tyrėjai adresu NASA Glenno tyrimų centras tyrė mikrostruktūrų, pagamintų iš į deimantą panašių medžiagų, naudojimą, tačiau turėjo sunkumų jas naudojant. Paprastai jie turi trumpą eksploatavimo laiką, kai yra veikiami erozinės aplinkos arba veikia labai mažomis srovėmis, sako Pattersonas.
Siekdami sukurti anglies nanovamzdelių katodus, Georgia Tech mokslininkai augina daugiasienius anglies nanovamzdelius naudodami plazmą, o ne įprastą cheminį garų nusodinimą. Turime turėti galimybę tiksliai valdyti anglies nanovamzdelių aukštį, kuris mūsų dizainui yra 10 mikronų, sako Ready.
„Busek“, kosmoso varymo įmonė, įsikūrusi Natick mieste, MA, taip pat kuria anglies nanovamzdelių katodus, kurie jau yra sertifikuoti kosmose. Ready teigia, kad mokslininkai palaiko gerus santykius su įmone ir būtų suinteresuoti dirbti su ja komercializuoti savo technologijas.
„Georgia Tech“ tyrėjai įrodė savo anglies nanovamzdelių patvarumą, parodydami, kad jie gali atlaikyti paleidimo metu patiriamas vibracijas. Nanovamzdeliai tarnauja daugiau nei 368 valandas. Grupė gavo 6,5 mln. USD dotaciją iš DARPA, JAV Gynybos departamento tyrimų ir plėtros skyriaus, ir pradėjo antrąjį bandymų etapą.
Pattersonas sako, kad anglies nanovamzdeliai yra verta tyrimų sritis, kuri galėtų pagerinti bendrą sistemos veikimą. Jis priduria, kad anglies nanovamzdelių katodai gali būti tinkamiausi mažos galios erdvėlaiviams ir mažiems palydovams, nes standartinė katodų technologija šiose sistemose labiausiai draudžia. Didelė dalis raketinio kuro išeikvojama katodui.