Фізики з Технологічного університету Мічигану розробили новий тип двигунів для невеликих космічних апаратів. Вони нагадують собою іонні двигуни, але робочим тілом у них виступає іонна магнітна рідина. Ключова перевага таких двигунів - невеликі розміри, їх ефективність набагато вища ніж у масштабованих до невеликих розмірів іонних двигунів. Дослідження опубліковано в журналі, коротко про нього повідомляє прес-реліз університету.
Під дією інтенсивного електричного поля іони в рідині можу отримувати сильне прискорення і навіть вилітати з неї. На цьому ефекті заснований метод електроспрей-іонізації, що використовується в мас-спектроскопії. Заряджені краплі можуть розвивати велику швидкість, передаючи імпульс їхньому джерелу. На цьому була заснована одна з концепцій реактивних двигунів. Однак інженери пропонували використовувати в якості сопел дуже тонкі капіляри (щоб забезпечити велику напруженість електричного поля на кінцях) - вкрай крихкі і об'єкти, що легко ламаються.
Автори нової роботи знайшли спосіб обійтися без капілярів в установці. Щоб створити загострені сопла для електроспрея вчені звернулися до магнітних рідин - незвичайних колоїдів з магнітних наночастинок, здатних відгукуватися на дію магніту. Такі рідини в присутності магнітних полів здатні утворювати голки на поверхні, орієнтовані вздовж ліній поля. Саме гострія цих голок повинні замінити собою капіляри.
У своїй роботі фізики використовували іонну магнітну рідину - магнітні наночастинки в ній стабілізовані в іонній рідині. Остання являє собою іонне (таке як звичайна сіль, хлорид натрію) органічне з'єднання, рідке при невеликих температурах. Інженери розробили систему з харчувальником, який переносить рідину в основне сопло двигуна. Коли у соплі вмикається магнітне поле, рідина формує гострий шип. Подальше включення електричного поля змушує заряджені краплі рідини зриватися з кінця цього шипа - при цьому рідина відновлює форму шипу.
Експерименти вчених допомогли краще визначити взаємозв'язок між поверхневим натягненням, магнітним і електричним полем, а також ефективністю електроспрею. Фізики розробили надійні комп'ютерні моделі, які спростять підбір параметрів для установки. У майбутньому автори планують почати експерименти з системою, більше схожою на двигун. Дослідники відзначають, що до створення реально працюючого прототипу буде потрібно ще кілька років роботи. Необхідно, щоб кожен з шипів або голок магнітної рідини створював однакову тягу.
Вчені називають головним застосуванням для таких двигунів масове створення невеликих маневрених супутників - як для кліматологічних досліджень, так і для розподілу супутникового інтернету.
Крім електроспрей і іонних двигунів існують і інші компактні або зовсім не вимагають робочого тіла двигуни для космічних апаратів. Наприклад, сонячні вітрила можна використовувати на супутниках розміром з кілька модулів C^ Sat (10x10x10 сантиметрів). Найбільші випробування таких вітрил можуть пройти вже наступного року - Планетне товариство планує запуск нової версії супутника LceSail в один з перших польотів ракети-носія Falcon Heavy.