Combustible de metal sólido para propulsores de nanosatélites

Buscando en Google Scholar para Jonathan Lun en Hypernova, encontré el título Desarrollo de un propulsor de arco de vacío para la propulsión de nanosatélites y luego encontré la tesis de Lun Desarrollo de un propulsor de arco de vacío para la propulsión de nanosatélites

No voy a leer todo, creo que otro autor de respuestas puede hacer eso. En su lugar, aquí abordaré cuestiones de materiales y física relacionadas con la fabricación de iones metálicos.

Ver también

• MARTE-CAT; ¿Qué es un propulsor ambipolar de Cubesat y cómo funciona?
• ¿A qué tipo de motor se refiere este Isp = 1600? ¿Es compatible con cubesat?
• ¿Tienes leche? ¿Por qué se usa el término "coloide" en "Propulsor coloide o electrospray"?
• Propulsores coloidales o de electropulverización: ¿alguna ventaja sobre los propulsores iónicos?
• Generación de un campo eléctrico para un propulsor coloidal (actualmente sin respuesta)
• Relación entre las dimensiones de la pieza y el rendimiento del propulsor de electrospray de iones (actualmente sin respuesta)
• Pasar de LEO a la Luna usando solo propulsión de iones de bajo empuje, ¿se puede hacer?
• ¿Qué es un GIT alimentado con litio? ¿Como funciona?

De Hypernova Space Technologies (haga clic para ver más grande):

Si es un gas metal

Por lo general, las fuentes de iones funcionan en fase gaseosa, por lo que puede mantener un plasma de modo que los átomos neutros puedan ser golpeados por electrones energéticos muchas veces hasta que uno tiene suerte y lo ioniza. Luego, un campo eléctrico lo saca, a través de un agujero o rejilla, y lo acelera. Las presiones suelen rondar aproximadamente el punto en el que la ruptura no es demasiado difícil. Los tubos de luz fluorescente cuestan unos Torr, por ejemplo.

• ley de paschen

Así que calentar un metal a alta presión de vapor podría ser una forma, pero ahora tienes básicamente una bombilla incandescente súper ineficiente.

En lugar de hacer un plasma, también puedes usar la ionización de superficie . Utiliza un metal alcalino del grupo 1 de alta presión de vapor (por ejemplo, cesio) y lo evapora en presencia de un catalizador como el platino (probablemente caliente), que amablemente eliminará su electrón "superfluo" del grupo I.

Al menos estás haciendo una tostadora en lugar de una bombilla incandescente.

No es una especie de dispositivo de ionización de campo de metal líquido, pero si lo fuera...

Una mejor manera sería usar ionización de campo y/o una fuente de iones de metal líquido . Hice un LIMS tanto de galio como de oro. El oro se derritió y fluyó hacia la punta de una aguja de tungsteno donde el alto campo eléctrico lo ionizó. El galio estaba dentro de un tubo capilar de vidrio y una pequeña contrapresión lo empujó hacia el campo donde las fuerzas electrostáticas (campo eléctrico alto) extrajeron el menisco líquido en una punta afilada líquida.

En ambos casos los radios de curvatura de las puntas líquidas eran del orden de una micra, de modo que el campo eléctrico era del orden de 10 voltios por angstroms. En este punto, ocurre la ionización del campo y los iones metálicos son arrancados de cualquier átomo en la superficie.

Se puede hacer un propulsor con miles o millones de agujas nanofabricadas y algún metal líquido que fluya hacia ellas a baja temperatura. Hay muchos eutécticos de baja temperatura , pero el galio es un excelente material de partida; puedes derretirlo en tu mano. (29,76 ºC)

Consulte esta respuesta a Solución de problemas de un propulsor de iones de bricolaje para obtener una discusión detallada sobre la ionización de campo. Si bien está en el contexto de un gas ambiental en lugar de un líquido, el principio básico es el mismo.

También se vincula a propulsores de electrospray de iones en miniatura y pruebas de rendimiento en Cubesats; SSC12-VI-5 que describe el uso de líquidos iónicos de baja presión de vapor (¡aquí no quiere que se evaporen!) pero los líquidos iónicos son solo un sustituto más conveniente para un metal, como se explica en esta respuesta a ¿Por qué no podemos? construir un enorme telescopio óptico estacionario dentro de una depresión similar al FAST? que describe el uso de una tina giratoria de líquido iónico en lugar de mercurio para hacer un enorme espejo de telescopio reflector en la Luna.

Los propulsores de electrospray de iones en miniatura que se están desarrollando en el MIT están abriendo una nueva gama de posibilidades para aplicaciones que requieren un empuje de precisión o para el diseño de misiones de nanosatélites. Con un impulso específico (Isp) superior a 2500 segundos, sin piezas móviles y tanques sin presión que contienen propulsor líquido a presión de vapor cero, se pueden integrar en conjuntos de propulsores múltiples compatibles con cubesat. En este documento se describen la tecnología y el rendimiento de los propulsores, además del desarrollo actual de ensamblajes de prototipos compatibles con cubesat para pruebas de rendimiento en el espacio. El ensamblaje que se está desarrollando en este esfuerzo de investigación se ajusta a 1/3 de un cubesat de 1U y está diseñado para proporcionar un control fino de actitud de tres ejes y un empuje de precisión, para entregar un Delta-V total superior a 200 m/seg a cubesats de 3U ( 3 kg). El objetivo general es evaluar en vuelo el rendimiento de los propulsores como actuadores de precisión. Las aplicaciones potenciales de nanosat incluyen control de actitud y puntería de precisión, ajustes orbitales, control y mantenimiento de constelaciones, vuelo en formación, reingreso, remoción de escombros y otras maniobras.

izquierda: Fig 1. Módulos iEPS fabricados en silicio (SPL). derecha: Fig. 2 Imágenes de microscopio electrónico de estructuras emisoras de iones microfabricadas en metales porosos ⁶ (haga clic para agrandar)

⁶ D. Courtney y P. Lozano, Electrochemical micromachining on porous nickel for arrays of electrospray ion emitters, Journal of Microelectromechanical Systems (presentado) (2012)

De esa respuesta del propulsor de bricolaje :

a continuación: La diapositiva 52 de Métodos de ionización y desorción de fuentes de iones explica que el campo extremadamente fuerte de orden 1E+10 V/m necesario para ionizar átomos se obtiene con una aguja a un potencial de 10 kV cuando el radio de curvatura de la punta se reduce a 10 micras _ Siempre que la distancia al suelo sea grande, importa muy poco si es de 1 cm o 10 cm. Desde el punto de vista del campo en la punta afilada, eso es casi infinito. Casi toda la caída de potencial ocurre en el primer milímetro más o menos, y el campo solo es lo suficientemente alto como para ionizar átomos o moléculas en la punta.

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