将空间与3D打印更接近

为了实现“新闻空间”革命的承诺，打开人人都能进入的商业空间探索之门，低成本空间技术是必要的。为了降低航天器推进成本，墨西哥蒙特雷技术中心的杜尔塞·梅洛·马西莫（Dulce Melo-Máximo）和麻省理工学院的路易斯·费尔南多·贝拉斯克斯·加西亚（Luis Fernando Velásquez García）报告了第一台用于纳米卫星的附加制造（3D打印）电喷雾推进器。这些推进器不仅制造成本低、速度快，而且能高效地使用推进剂燃料。这一重要发展是对纳米卫星推进技术民主化的重大贡献。

如果您曾经看过空间主题的纪录片或科幻秀，则您将熟悉那些爆炸出宇宙飞船的火热尾部的大爆炸，以使其移动。因为太空没有空气，因为航天器没有任何东西可以推动以引起运动。因此，从点A从一个点移动到B点，因此不简单。在没有动力的太空中静态的航天器将无法移动，而轨道航天器将简单地沿着他们的轨道浮动，并反弹任何妨碍他们的方式。对于一些卫星来说，自由轨道足以让他们满足他们的目的，而是需要移动到空间中的特定点的其他航天器需要推动者 - 这些航天器的部分地区产生火热的尾巴 - 能够引导他们的运动.

使用这些推进器的空间通过空间的操纵是基于牛顿的第三种法，通常被称为动作反应法。更具体地，牛顿的第三律规定，在给定方向上施加的每个力在相反方向上产生相等的力。在航天器推进的背景下，推动器通过推进器产生发光羽流产生的力导致相等的力，使航天器沿相反方向推动。背部推进器的单个爆发将向前推进航天器，并且运动将继续，直到使用另一个推进器用于停止或改变方向，或直到障碍妨碍航天器。这些基本规则适用于任何需要定向在空间中的设备，将其与船员或小型卫星送入空间的较大的宇宙飞船以满足特定目的。

小型电喷雾推进器的制造非常昂贵且耗时，阻碍了它们的使用和小规模，低成本空间技术的进一步发展。

推动纳米卫星进入“新闻空间”
太空曾经是少数国家竞相抢先实现的梦想，在很长一段时间里，只有少数国家有机会进入太空。然而，自从第一个人类进入这个巨大的未知世界以来，许多其他国家、机构甚至工业都进入了太空。“新空间”的概念是指空间可访问性的新浪潮，特别是当它与商业空间工业的增长有关时。探索太空的兴趣远不止是参观太空的愿望:太空为地球上的应用提供了许多机会，例如与物联网、资产跟踪、地球观测和监测等相关的应用。

为了将空间及其潜在应用程序放在每个人的范围内，并允许满足“新闻空间”革命，必须大大减少空间旅行和相关技术的成本。特别是，有许多目标聚焦的空间任务可以从更便宜的小卫星中受益，这些卫星可以通过空间轻松发射和操纵。为此，目前可以制造只有1-10kg的纳米替肽。这些小型航天器通常被称为“立方体”，由一个或多个标准单元组成 - 在每个边缘上测量10cm的立方形结构，重约1kg。这些纳米卫星需要缩小的推进发动机，其允许其在空间中的受控运动以相对较低的成本。

一种有吸引力的推进和操纵纳米替肽的技术基于来自液体推进剂的带电粒子的电力学喷射。这些火箭称为电喷雾推进器，可以以相对容易缩小的方式设计。重要的是，这些电流动力推动器发出的颗粒可以是正面或带负电的，允许航天器通过交替推进器发出的种类来保持中性保持充电。电喷雾推进器可以有效地推进纳米替肽，消耗比竞争技术的更少的推进剂，因此更具成本效益。尽管如此，小型电喷雾推进器的制造非常昂贵且耗时，妨碍了它们的使用和小规模，低成本空间技术的进一步发展。

3D打印推动空间技术发展
NewSat计划是由麻省理工学院的路易斯·费尔南多·贝拉斯奎兹·加西亚博士、沃伊切赫·马图西克教授和玛丽亚·杨教授与同温层公司的古斯塔沃·迪亚斯和纳尔逊·费雷拉领导的葡萄牙机构联合体合作。，正在探索附加制造方法——换句话说，3D打印——以展示用于纳米卫星的低成本、高性能硬件。在该项目下，Melo-Máximo和Velásquez García报告了将用作纳米卫星推进器的低成本、额外制造的电喷雾源的概念验证演示。简单地说，他们的推进器是方形的，每边25.4毫米，10毫米高，由聚合物或金属制成，重量不到21克，包含一系列尖锐的圆锥针。直径为45–345 nm的细纳米线密林生长在正方形上，形成纳米结构多孔材料，在推进剂贮存器和针尖之间输送液体，如果施加适当的偏压（使用一个金属板作为对电极，该金属板具有面对针尖阵列的孔阵列），带电粒子发射，产生推力。

推进剂的选择是影响推进器性能的重要因素。离子液体（标准环境条件下液体的盐）是电喷雾推进器推进剂的普遍选择。在这项工作中，Melo-Máximo和Velásquez-garcía由于其高导电性和蒸气压可忽略不计的蒸气压而将离子液体1-乙基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐（EMI-BF4）选择为推进剂。重要的是，EMI-BF4还产生近乎称对称的正羽和负羽羽，便于实现航天器的带电中性。

这种发展是太空推进技术的突出进步，因为它允许
显着的推进剂流体节省，因此降低成本，而不会影响性能。

影响电喷雾推进器性能的另一个因素是它产生的带电粒子的性质的涂抹。在给定的极性下，电流动力学推动器通常发射各种类型的带电粒子，这显着降低了推进器的特定脉冲 - 一种有效的发动机使用推进剂的量度。另一方面，Melo-máximo和Velásquez-garcía报道的3D印刷装置是第一电喷雾推动器，用于观察到离子液体的纯离子排放。这种独特的特性导致给定的偏置电压的特定脉冲，实际上高于当前最先进的技术。这种发展是太空推进技术的出色进步，因为它允许显着的推进剂流体节省，因此降低成本，而不会影响性能。

此外，研究小组报告的3D打印方法用于生产电流体动力纳米卫星推力器，与常用的精密减法制造方法相比，如激光加工和无尘室微制造等具有优势，这些方法非常昂贵和耗时。Melo-Máximo和Velásquez-García使用的制造方法可以在几天内生产出设备，而每台设备的成本仅为数十美元(两种情况下大约降低了两个数量级)，同时仍然是多功能的，并获得高性能。更快的生产和更低的成本都有助于缩短设计迭代，因为3D打印允许低成本和快速地生产小型或中型批次的测试单元。此外,这些推进器和其他设备开发的Velasquez-Garcia组麻省理工学院的例子多材料添加剂生产可以实现复杂的硬件不可行或不切实际的创建与其他制造方法和/或能够达到更好的性能比艺术的状态。Melo-Máximo和Velásquez-García所报道的推进器所取得的显著成果是对普及纳米卫星推进技术和扩大“新空间”使用范围的努力的重要贡献。

由Melo-máximo和Velásquez-garcía开发的工作由Monterrey Tec-Massachusetts技术研究所（MIT）纳米技术计划和新闻工程提供赞助。前面提到的新闻工程，由竞争力和国际化的运营计划（Compete2020），葡萄牙2020年，欧洲区域发展基金（ERDF）以及麻省理工学院葡萄牙（FTC）的葡萄牙基金会（FTC）的运营计划共同资助程序。