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MIT工程师突破性开发全3D打印电喷发动机,为小型卫星提供高效低成本推进系统

作者:软荐小编      2025-02-21 10:01:55     163

麻省理工学院(MIT)的工程师们在 2 月 20 日取得了突破性进展。他们成功开发出了首款全 3D 打印的电喷发动机(electrospray engine)。这一成果为小型卫星(CubeSats)的推进系统提供了更高效、低成本的解决方案。

卫星发动机原理__卫星上的发动机

据 IT 之家所知,电喷发动机是通过把电场施加到导电液体上,进而产生高速微滴喷流,以此来为航天器提供推力的。电喷发动机与传统的化学火箭相比,在轨道精确操控方面有着优势,原因是它的推进剂利用效率更高。但是,传统电喷发动机的制造需要依赖昂贵并且耗时的半导体洁净室工艺,这就对其广泛应用造成了限制。

为突破这一限制,MIT 的研究团队运用了一种全新的制造方式,即全 3D 打印技术。这种技术不但可以快速制造发动机,并且成本只是传统推进器的极少部分。研究人员借助市场上能够获取的 3D 打印材料和工艺,顺利制造出了这款发动机,还有望在轨道上直接进行打印,原因是 3D 打印技术能够在太空环境中被应用。

研究团队将双光子打印和数字光处理(DLP)这两种 3D 打印方法相结合,从而克服了制造复杂设备的挑战。这种设备由宏观和微观组件构成,并且这些组件需要无缝协同工作。双光子打印技术借助高精度激光束逐点固化树脂,能够制造出极其尖锐的发射器尖端以及狭窄且均匀的毛细管,以便携带推进剂。数字光处理技术通过微型投影仪来逐层固化树脂,它被用于制造更大的流道块,这样就能确保推进剂的储存和分配。

该原型发动机具有 32 个电喷发射器,能够平稳且均匀地把推进剂喷射出来。测试结果表明,这款 3D 打印发动机的推力和现有的电喷发动机是相当的,有的时候还更强。并且,研究人员还察觉到,通过对电压进行调节,能够达成更宽泛的推力范围,这样就可以减少对那些复杂的管道、阀门或者压力信号网络的依赖,使得发动机更轻、更便宜并且更高效。

MIT 微系统技术实验室(MTL)的首席研究科学家路易斯・费尔南多・维拉斯奎兹 - 加西亚(Luis Fernando Velásquez - García)表示,我们期望借助这种制造技术,让更多的人能够参与到太空硬件的研发当中。半导体制造技术与低成本太空探索的理念不相符,而我们的目标是通过普及化的制造技术,来推动高性能太空硬件的发展。”

未来,研究团队打算进一步去探索电压调节所具有的优势。他们要制造出更加密集且规模更大的发射器阵列。同时,还会尝试运用多个电极,以实现将推进剂的电喷射触发与喷流形状以及速度的控制相分离。从长远的角度来看,他们期望能够展示一颗全部采用 3D 打印电喷发动机的 CubeSat 卫星,该卫星可用于在轨运行以及离轨操作。

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