3D-печать удешевит создание ионных двигателей для кубсатов

Dulce Viridiana Melo Maximoa, Luis Fernando Velasquez-Garciaa / Additive Manufacturing, 2021
Инженеры из США научились создавать при помощи 3D-принтера небольшие ионные двигатели размером с монету. Такой двигатель развивает тягу около десяти микроньютонов и имеет значительно больший удельный импульс с учетом напряжения, чем аналогичные ионные двигатели. Статья опубликована в Additive Manufacturing.
Ионные двигатели создают тягу, ускоряя заряженные частицы рабочего тела при помощи электрического поля. Двигатели такого типа имеют очень небольшую тягу в абсолютном значении и не подходят, к примеру, для выхода на орбиту Земли и, как правило, других планет. Зато они обладают несопоставимо большим удельным импульсом, чем химические двигатели, поэтому если аппарату не требуется набрать скорость быстро, ионный двигатель позволяет сделать то же самое более эффективно.
Среди ионных двигателей есть подкласс коллоидных или электрораспылительных двигателей, в которых в качестве рабочего тела используется ионная жидкость. В них используется массив конусов, на концах которых собирается жидкость и вылетает, ускоряясь в электрическом поле. Эти пластины с конусами создаются путем точного механического вырезания или литографического удаления материала, поэтому они довольно дороги при создании, особенно, если пластина имеет небольшой размер (а значит, ее элементы миниатюрнее и необходима большая точность) и предназначена для установки на кубсат. Дульсе Виридиана Мело Максимо (Dulce Viridiana Melo Maximoa) и Луис Фернандо Веласкес-Гарсия (Luis Fernando Velasquez-Garciaa) из Массачусетского технологического института научились создавать пластины для электрораспылительных двигателей при помощи 3D-печати.
Авторы изготовили два варианта испускающего электрода: из немагнитной нержавеющей корозионно стойкой стали и полимера. Стальной электрод они печатали методом струйной печати связующим веществом, а полимерный — методом цифровой обработки света (DLP).
Кроме основных технических характеристик, которые безусловно важны, авторы также обратили внимание, что обычный аппарат для струйной металлической печати стоит около миллиона долларов, тогда как один из лучших и дорогих DLP-принтеров стоит 15 тысяч долларов. Поскольку подобные двигатели целесообразно устанавливать в кубсатах и покетсатах (с длиной ребра пять сантиметров), которые часто используются в небольших проектах, в том числе студенческих, предложенный ими двигатель с полимерным электродом можно рассматривать как оптимальный вариант для таких космических аппаратов.
3D-печать активно применяется при создании жидкостных ракетных двигателей, причем не только в прототипах. Например, на 3D-принтере создается существенная часть двигателей Rutherford, устанавливаемых на ракете-носителе Electron.
Григорий Копиев