全3D打印电喷雾发动机问世
发布时间: 2025-02-20 09:30:17
科技日报北京2月19日电（记者张梦然）美国麻省理工学院团队近期展示了一款完全采用3D打印技术制造的电喷雾发动机，能通过发射液滴来推进。这款创新设备不仅生产迅速，而且成本远低于传统推进器，它利用市场上可购买到的3D打印材料和技术，甚至可以在太空中完成打印。相关论文发表在《先进科学》杂志上。
3D打印的电喷雾发动机适用于小型卫星在轨机动，生产成本仅为传统推进器的一小部分。图片来源：美国麻省理工学院
电喷雾发动机的工作原理是对导电液体施加电场，从而产生高速微小液滴射流以推动航天器。这种微型发动机特别适用于小型卫星，如立方体卫星。相较于化学燃料火箭，电喷雾发动机在推进剂使用上更为高效，因此更适合执行精确的轨道内机动任务。尽管其产生的推力较小，但通过并联多个电喷雾发射器可以达到所需的推力水平。
团队此次开发了一种结合两种3D打印方法的模块化工艺，解决了制造由宏观和微观组件构成的复杂设备时遇到的难题。他们采用还原光聚合打印（VPP）技术，包括数字光处理技术，通过芯片大小的投影仪将光线照射到光敏树脂上，逐层固化形成高分辨率的3D结构。此外，他们还设计了一种夹紧机制来连接各个部件，保证了设备的水密性。这使得宇航员能够在太空中直接打印卫星发动机，无需依赖从地球发送的设备。
打印出的推进器包含32个电喷雾发射器，这些发射器协同工作，确保推进剂喷流稳定均匀。最终的原型设备在推力性能上与现有设备相当，甚至更优。
进一步研究显示，通过调整推进剂的压力，调节施加于发动机上的电压，可以控制液滴流量，实现更宽范围的推力输出。
研究人员表示，这种方法简化了系统设计，减少了复杂管道、阀门或压力信号网络，提供了一种更加轻便、经济且高效的电喷雾推进解决方案。
3D打印出来的电喷雾发动机，几乎可以标志着航天推进技术的一次重要突破。因为拥有快速生产和定制化的能力，在太空任务中能根据具体需求迅速调整设计，极大提升了执行灵活性和响应速度。特别是在紧急维修或需要快速部署新卫星的情况下，这种即时生产能力显得尤为重要。而能在太空中直接制造发动机，意味着未来的太空任务将不再完全依赖从地球发送的设备，而是在轨道上就能自我修复和升级。因此说，这一创新不仅显著降低了生产成本和时间，还为未来太空探索带来更灵活、高效的解决方案。
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