Инженеры Массачусетского технологического института (MIT) создали первый в мире полностью 3D-печатный электроспрейный двигатель (electrospray thruster). Это миниатюрное устройство открывает новые возможности для малых спутников и исследований космоса.

Электроспрейный двигатель — это разновидность электрического ракетного двигателя, который также известен как коллоидный двигатель. Принцип его работы заключается в следующем: проводящая жидкость (обычно ионная жидкость) подается в капилляр или эмиттер, к жидкости прикладывается сильное электрическое поле. Под действием поля на конце капилляра формируется конус Тейлора, с вершины которого эмитируются заряженные капли или ионы. Эти заряженные частицы ускоряются электрическим полем и создают реактивную тягу.

Электроспрейные двигатели рассматриваются как перспективная технология для наноспутников и кубсатов, где важны малые размеры, низкая масса и высокая эффективность. Главное преимущество таких двигателей заключается в эффективности использования топлива. Хотя тяга, создаваемая одним электроспрейным эмиттером, очень мала, обычно такие двигатели используют массив эмиттеров, работающих параллельно.

Традиционно производство таких двигателей требовало дорогостоящих и длительных процессов изготовления в полупроводниковых чистых комнатах. Это ограничивало как круг производителей, так и возможности применения устройств.

Инженеры MIT преодолели эти ограничения, разработав модульный процесс, сочетающий два метода 3D-печати. Это позволило создать сложное устройство, состоящее из макро- и микрокомпонентов. Прототип содержит 32 электроспрейных эмиттера, работающих совместно и создающих стабильный и равномерный поток топлива.

Ключевым достижением стало использование двух различных типов фотополимеризационной печати (VPP). Для изготовления модулей эмиттеров применялась двухфотонная печать, позволяющая создавать чрезвычайно острые наконечники эмиттеров и узкие, однородные капилляры для подачи топлива. Для более крупных компонентов, таких как манифольдный блок, использовалась цифровая светообработка, обеспечивающая более высокую производительность.

3D-печатный прототип продемонстрировал по крайней мере такую же тягу, как и существующие капельные электроспрейные двигатели. Более того, учёные обнаружили, что модуляция напряжения позволяет достичь более широкого диапазона тяги, что может упростить конструкцию двигателя и сделать его легче и эффективнее.

Эта технология открывает новые горизонты для космических исследований. Теперь астронавты могут быстро напечатать двигатель для спутника прямо на орбите, не дожидаясь отправки с Земли. Это значительно снижает стоимость и время производства.

В будущем команда MIT планирует продолжить исследования преимуществ модуляции напряжения и создание более плотных и крупных массивов модулей эмиттеров. Конечной целью является демонстрация кубсата с полностью 3D-печатным электроспрейным двигателем, работающим во время эксплуатации и схода с орбиты.