Наноспутники — это космические аппараты, размером с обычный смартфон, которые могут выполнять простые, но всё же ценные задачи космического полёта. Десятки таких небольших «механизмов» неустанно функционируют на орбите нашей планеты, выполняя ряд ценных функций для NASA, Министерства обороны США и множества частных компаний.
При создании наноспутников инженеры заимствуют многие из компонентов наземных телекоммуникационных устройств: миниатюрные камеры, беспроводные радио- и GPS приёмники, которые в своё время были адаптированы для переносных устройств, а сегодня идеально подходят для космических аппаратов. Однако, как отмечает L. Brad King из Michigan Technological University, есть по меньшей мере одна технологическая особенность, которая уникальна для наноспутников – это миниатюрные ракетные двигатели, которые инженерам-разработчикам приходится создавать с нуля.
Для вывода наноспутников на орбиту Земли вовсе не нужны миниатюрные ракеты. Небольшие космические аппараты как правило «путешествуют автостопом», в результате чего они не всегда находятся в изначально запланированной области космического пространства. Именно для транспортировки наноспутника к заданной орбите и разрабатываются миниатюрные ракетные двигатели.
В течении нескольких прошлых лет исследователи со всего мира пытались построить такие ракетные двигатели, используя микроскопические полые иглы для электрического распыления тонких струй жидкости, которые «толкают» космический корабль в противоположное направление. Жидкое ракетное топливо – специальный химикат, известный как ионная жидкость. Одна игла двигателя тоньше человеческого волоса имеет длину менее 1 миллиметра, и способна производить силу тяги, эквивалентную весу нескольких песчинок. Несколько сотен подобных игл помещенных в специальный контейнер, размером с почтовую марку, производят достаточно силы тяги, чтобы вывести наноспутник.
Эти новые двигатели электрораспыления столкнулись с некоторыми трудностями дизайна. Как объясняет King, ввиду того, что они являются настолько миниатюрными и хрупкими, производить их чрезвычайно дорого. К тому же их легко повредить, например, небрежным ударом или электрической дугой.
Дабы обойти эту проблему, King и его команда разработали изящную стратегию: избегать дорогостоящих и трудоёмких технологий, необходимых для создания игл, и дать возможность «природе позаботиться об устройстве». King отмечает, что он и его команда работает с уникальным типом жидкости, названным магнитным, которая естественным образом формирует статичный образ острых наконечников на поверхности жидкости. Учёный объясняет, что каждый наконечник в такой структуре способен распылять жидкость по принципу иглы, что полностью опровергает необходимость создания игл.
Магнитные жидкости впервые были созданы примерно в 60-х ХХ столетия. Они представлены совокупность крошечных магнитных частиц, взвешенных в растворителе. Примечательно что частицы видоизменяются под воздействием магнитного поля. Например, магнитная жидкость, сделанная из железной пыли и керосина, под влиянием обычного магнита, помещённого ниже жидкости, образует серию равных пиков, похожих на горную цепь. Удивительно, но пики остаются абсолютно устойчивыми несмотря на энергетические сотрясения. Как только магнит убирают, жидкость вновь возвращается в исходное положение.
Команда King пыталась сделать ионную жидкость, которая бы вела себя также как магнитная. Но вскоре учёные узнали, что группа исследователей из University of Sydney уже сделала данное вещество. Сиднейская команда разработала магнетические наночастицы для лечения рака печени.
В основе первого ракетного двигателя лежит магнитная жидкость, состоящая из частичек алюминия и специального раствора. Когда магнит помещён ниже блока, жидкость формирует крошечную корону из пяти наконечников. С течением времени пики становятся всё более высокими и утончаются до тех пор, пока не начинается высвобождение ионов.
Примечательно, что двигатель абсолютно неуязвим. Ведь в случае разрушения первичной «короны» из остатков образуется аналогичное по структуре формирование.
Безусловно, должно пройти ещё немного времени, прежде чем первый ракетный двигатель для наноспутников будет испытан на практике По словам King, он и его исследователи в первую очередь должны понять, что происходит на микроскопическом уровне и уже потом разработать большой опытный образец.
