麻省理工學(xué)院（MIT）的工程師們近期宣布了一項(xiàng)革命性的創(chuàng)新，他們成功研發(fā)出世界上首款全3D打印的電噴發(fā)動(dòng)機(jī)。這一突破為小型衛(wèi)星，特別是CubeSats的推進(jìn)系統(tǒng)帶來(lái)了更高效、經(jīng)濟(jì)的解決方案。
電噴發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理是通過(guò)在導(dǎo)電液體上施加電場(chǎng)，產(chǎn)生高速微滴噴流，為航天器提供推力。相較于傳統(tǒng)的化學(xué)火箭，電噴發(fā)動(dòng)機(jī)在軌道精確操控方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槠渫七M(jìn)劑利用效率更高。然而，高昂的制造成本和耗時(shí)的半導(dǎo)體潔凈室工藝一直是制約電噴發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素。
為了打破這一瓶頸，MIT的研究團(tuán)隊(duì)采用了一種顛覆性的制造方法——全3D打印技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)不僅大幅縮短了生產(chǎn)周期，還將成本降低到了傳統(tǒng)推進(jìn)器的極小一部分。研究團(tuán)隊(duì)利用市面上可獲得的3D打印材料和工藝，成功制造出了這款發(fā)動(dòng)機(jī)，甚至未來(lái)有望在軌道上直接進(jìn)行3D打印，因?yàn)?D打印技術(shù)具備在太空環(huán)境中應(yīng)用的能力。
在制造過(guò)程中，研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合了雙光子打印和數(shù)字光處理（DLP）兩種3D打印方法，成功克服了制造復(fù)雜設(shè)備的挑戰(zhàn)。這款發(fā)動(dòng)機(jī)由宏觀和微觀組件構(gòu)成，需要各部分無(wú)縫協(xié)同工作。雙光子打印技術(shù)通過(guò)高精度激光束逐點(diǎn)固化樹(shù)脂，制造出了極尖銳的發(fā)射器尖端和狹窄均勻的毛細(xì)管，用于攜帶推進(jìn)劑。而數(shù)字光處理技術(shù)則利用微型投影儀逐層固化樹(shù)脂，制造出更大的流道塊，確保推進(jìn)劑的儲(chǔ)存和分配。
這款原型發(fā)動(dòng)機(jī)配備了32個(gè)電噴發(fā)射器，能夠穩(wěn)定且均勻地噴射推進(jìn)劑。測(cè)試結(jié)果顯示，這款3D打印發(fā)動(dòng)機(jī)的推力與現(xiàn)有的電噴發(fā)動(dòng)機(jī)相當(dāng)，甚至在某些情況下更強(qiáng)。研究人員還發(fā)現(xiàn)，通過(guò)調(diào)節(jié)電壓，可以實(shí)現(xiàn)更廣泛的推力范圍，從而減少對(duì)復(fù)雜管道、閥門(mén)或壓力信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的依賴(lài)，使發(fā)動(dòng)機(jī)更加輕便、經(jīng)濟(jì)且高效。
MIT微系統(tǒng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（MTL）的首席研究科學(xué)家路易斯?費(fèi)爾南多?維拉斯奎茲-加西亞表示：“我們希望借助這種制造技術(shù)，讓更多人能夠參與到太空硬件的研發(fā)中。半導(dǎo)體制造技術(shù)與低成本太空探索的理念并不契合，我們的目標(biāo)是通過(guò)普及化的制造技術(shù)，推動(dòng)高性能太空硬件的發(fā)展?！?/p>
這款3D打印電噴發(fā)動(dòng)機(jī)的成功研發(fā)，標(biāo)志著太空探索領(lǐng)域的一次重大進(jìn)步。它不僅為小型衛(wèi)星提供了更為高效、經(jīng)濟(jì)的推進(jìn)解決方案，還為未來(lái)的太空探索開(kāi)啟了新的可能性。
在MIT研究團(tuán)隊(duì)的眼中，這款發(fā)動(dòng)機(jī)只是一個(gè)開(kāi)始。他們計(jì)劃進(jìn)一步探索電壓調(diào)節(jié)的優(yōu)勢(shì)，制造更密集、更大規(guī)模的發(fā)射器陣列，并嘗試使用多個(gè)電極來(lái)分離推進(jìn)劑的電噴射觸發(fā)與噴流形狀和速度的控制。這些努力將進(jìn)一步提升發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，為未來(lái)的太空探索奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
