Часть 2
Раздел НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ в этот раз посвящен «умным материалам».
«Американские учёные создали материал-трансформер», пишет 10 апреля www.strf.ru. «Способность реагировать на внешние раздражители считается одной из ярких особенностей живых организмов. Можно привести огромное количество примеров приспособления к условиям внешней среды: растения тянутся к свету, хамелеон меняет окраску в зависимости от окружения, и сам человек покрывается «гусиной кожей», когда становится холодно. Создание человеком материалов, мимикрирующих под живые организмы, то есть способных направленно изменять свои характеристики под действием различных факторов, откроет большие перспективы в создании широкого класса «умных» приборов и устройств. Учёные из Технологического института имени Стивенса успешно двигаются в этом направлении – они создали материал, способный изменять свою форму под действием света. Кроме того, изменяя внутреннюю структуру материала, исследователи научились регулировать направление деформации.
Компонентом материала, реагирующим на световые волны, оказались золотые наночастицы, которые замечательны тем, что в них хорошо проявляется плазмонный резонанс. При падении на них света определённой частоты происходит интенсивное поглощение световой энергии, нагревающей наночастицы. Причём, варьируя форму частиц, можно изменять резонансную частоту и управлять нагревом различных областей материала. В новом материале исследователи использовали настроенные на различную резонансную частоту два вида золотых сферических наночастиц: полые и сплошные. К этим частичкам присоединяли полимер, который реагировал на изменение окружающей температуры.
При превышении температуры окружающего раствора 32ºС происходила дегидратация цепочки полимера и её сжатие. Наночастицы с «рубашкой» из полимера выступали в качестве строительных блоков, из которых, как из «кирпичиков», по специальной технологии изготавливался материал-трансформер. Эти «кирпичики» из определённого вида наночастиц складывались в слои, формируя таким образом области, реагирующие на излучение различной длины волны. Затем этот материал помещался в фосфатный буферный раствор и подвергался излучению света. При падении света с частотой, резонансной для полых частиц, происходило сжатие их полимерной «рубашки» и уменьшение размеров области, в которой эти наночастицы были сосредоточены. (Конечно сомнительно звучит, про свет с частотой, резонансной для полых частиц». Но красиво – Ред). А при использовании излучения, которое влияло только на сплошные частицы, сжималась остальная область материала. В отсутствие же света материал полностью возвращался к первоначальной форме. Таким образом, учёные показали, что, варьируя толщину, расположение и форму слоёв, можно изготавливать материалы, способные принимать различную форму под действием света. Кроме этого, по эластичным свойствам данный материал подобен мягким тканям человека, что делает его привлекательным для медицинского применения».
«Изобретено самоисцеляющееся пленочное покрытие для всех гаджетов», сообщает 19 апреля www.nanonewsnet.ru. «Официальный представитель японской компании Toray Advanced Film заявил, что скоро в массовое производство будет запущено самоисцеляющееся пленочное покрытие для электронных девайсов. Данное покрытие позволит защитить гаджеты от небольших царапин путем физического уничтожения повреждений. На текущий момент компания имеет опыт в поставке такого рода покрытия для нетбуков (в декоративном оформлении). Восстанавливающийся слой наносится на поверхность полиэтилентерефталата (ПЭТФ), который отличается высокой вязкостью, эластичностью и амортизирующими свойствами. При этом толщина слоя ПЭТФ составляет всего125 микронов, а восстановление покрытия происходит за считанные секунды. Новый компонент дает сбой только в случае сильных повреждениях, а мелкие царапины успешно «убирает», причем выдерживает до 20 тысяч циклов восстановления».
«Кровоточащий пластик: ранимый материал» описывает 10 апреля www.popmech.ru. «Мы уже не раз встречались со всевозможными материалами, способными к самовосстановлению. Однако новая технология удивительна даже на их фоне – она использует механизмы, похожие на те, что нашла сама природа: они «кровоточат». «Новый полимер подражает природе, - говорит один из авторов разработки профессор Марек Урбан (Marek Urban), - В месте повреждения он выделяет красного цвета маркер, и затем, при воздействии светом, температурой или изменением рН, самовосстанавливается». Такой материал включает молекулярные мостики, сшивающие друг с другом нити полимера. При повреждении разрушаются не только нити, но и эти мостики. Однако они способны снова восстанавливаться при воздействии определенной температуры, рН или излучения. А кроме того, разрушенные мостики меняют цвет на выраженно красный: поврежденное место словно «кровоточит», и по мере «залечивания» восстанавливает исходную окраску.
На практическом уровне такой материал обладает очевидными преимуществами. Представьте себе сделанный из него корпус смартфона: после падения он повреждается, и хотя микротрещинки могут быть незаметны, яркая окраска подскажет вам, что гаджет нужно, например, положить под лучи солнца, чтобы он немножко «подлечился». Как только красные трещинки пропадут – можно пользоваться им без опаски. Впрочем, куда более полезным выглядят эти свойства для более серьезных задач – скажем, для использования в составе самолетов, автомобилей, мостов, оружейных систем: они вовремя предупредят о необходимости ремонта, и подскажут, когда все снова станет в порядке».
«Нанохлопок открывает новые горизонты для старого материала», пишет 20 апреля www.nanonewsnet.ru. «Специалисты регионального центра Минсельхоза США в Нью-Орлеане работают над созданием первой в своём роде «экологически безвредной огнеупорной хлопковой ткани». Долгое время огнеупорная одежда создавалась с помощью химобработки полифторированными (или полихлорированными) ингибиторами горения. И лишь недавно прикладная наука озаботилась решениями, которые, во-первых, были бы «зелёными», а во-вторых, не снижали бы потребительских качеств обрабатываемой одежды (сейчас такие «спецовки» в буквальном смысле можно ставить на пол).
Новое экспериментальное покрытие, приготовленное из водорастворимых полимеров, 50– и 100-нанометровых частичек глины (алюмосиликатов) и других экологичных ингредиентов, при контакте с открытым огнём обугливается и… быстро распухает. Это и не позволяет огню добраться до подлежащей ткани. Первые же испытания нанопокрытия по стандартной программе на огнеупорность показали его успешность: 95% обработанной хлопковой ткани осталось неповреждённым после контакта с открытым огнём; контрольная — необработанная — ткань, разумеется, сгорела вся…»
«Создана непромокаемая магнитная бактерицидная бумага», сообщает 24 апреля www.nanonewsnet.ru. «Исследователи из Итальянского технологического института в Генуе под руководством Роберто Чинголани сумели соединить целлюлозные волокна с наночастицами, что позволило придать простой бумаге неординарные свойства: непромокаемость, намагничиваемость и даже бактерицидность.
В основе разработанной итальянцами технологии лежит пропитка индивидуальных волокон целлюлозы реакционноспособным акриловым мономером — цианакрилатом. Более того, смачивание бумажных волокон мономером происходит в растворе, который также содержит суперпарамагнитные коллоидные наночастицы феррита марганца. После инициации процесса полимеризации вокруг каждого целлюлозного волокна начинает образовываться полимерное покрытие, содержащее наночастицы и придающее итоговым бумажным волокнам совершенно необычные свойства: водонепроницаемость и намагничиваемость. Магнитные и микроскопические исследования подтвердили, что количество захваченных наночастиц в композитной оболочке полностью контролируемо, а намагничиваемость, как и следовало ожидать, прямо пропорциональна этому самому количеству.
Кроме того, варьируя природу частиц, используемых при создании нанокомпозитного покрытия, учёные обнаружили, что получающаяся бумага может обладать и другими полезными свойствами. Например, применив серебряные наночастицы, исследователи создали антибактериальную бумагу. Есть также возможность смешения ингредиентов для получения бумаги, которая демонстрировала бы сразу несколько разнородных свойств. Где может пригодиться бумага с таким покрытием? Ну, если с пользой от непромокаемости всё ясно, то намагничиваемость не помешает при изготовлении особо защищённой продукции — к примеру, денежных банкнот. А бумага с бактерицидными свойствами будет уместна в медучреждениях, при производстве упаковки, в пищевой промышленности и… при изготовлении всё тех же денег: хорошо известно (и научные исследования это подтверждают), что банкноты — это прибежище самых разнообразных бактерий, которые способны вызвать серьёзные недуги у людей, не сильно озабоченных личной гигиеной.
Наконец, учёные утверждают, что на бумаге, полученной в данном процессе, можно писать и печатать на принтере. Кроме того, заранее приготовленный раствор можно применять для покрытия уже существующих бумажных продуктов, позволяя пользователям по желанию изменять свойства уже отпечатанных книг и документов».
Раздел ТРАНСПОРТ посвящен устройствам - покорителям земли, воды, неба и космоса.
«Переменчивое давление: бескомпромиссным байкерам» - называется заметка, размещенная 24 апреля на www.popmech.ru. «Скоро в продаже появится система, позволяющая на ходу менять давление в шинах велосипеда. Для езды на горном велосипеде давление в шинах – один из важнейших моментов, и байкерам, готовясь к гонкам, приходится идти на неизбежный компромисс. Пониженное давление позволяет на большой скорости двигаться по грунту, повышенное – легче проходить препятствия и камни. Как правило, выбор останавливается на «золотой середине» - иначе говоря «ни нашим, ни вашим».
Возможно, все станет иначе с новейшей системой ADAPTRAC: на компромисс идти не придется, ведь она позволяет байкеру менять давление прямо во время езды, ориентируясь на показания датчиков и сообразуясь с текущими требованиями трассы. Для этого на руле или на раме монтируется элемент управления, который при необходимости докачивает шину сжатым воздухом из размещенного на раме баллона (сами баллоны могут перезаправляться и предлагаются разных объемов и размеров). Из этой емкости воздух передается по трубкам к осям колес, на которых крепятся вращающиеся элементы, а от них уже носики отходят к шинам. Вся система весит лишь 690 г, включая вес пустого баллона для воздуха объемом 9 унций (266 мл). Пока еще ADAPTRAC дорабатывается, хотя уже в ближайшее время разработчики планируют перейти к производству, а цены будут известны буквально на днях».
«По трубе: капсула и вакуум» описаны в заметке от 4 апреля на www.popmech.ru. «Система, напоминающая «транспортную трубу» из мультсериала «Футурама», обещает сократить трансокеанские поездки до пары часов. Проектировщики системы Evacuated Tube Transport (ETT) обещают «перелеты» из Нью-Йорка в Пекин быстрее, чем на реактивном самолете, притом – без самолетного шума, дешевле не только самолета, но и поезда или автомобиля.
Идея отталкивается от патента (US Patent 5950543), полученного еще в 1999 г. Вкратце изобретение это состоит в размещении поезда на магнитной подушке (маглева) внутри полых транспортных труб, где сверхпроводниковые магниты и искусственно поддерживаемые условия обеспечат ему возможности достижения огромной скорости. Система, приводящая поезд в движение, интегрирована в трубу, а не установлена на поезде, так что сам поезд не имеет движущихся частей и существенно облегчается. Он, по сути, парит, разгоняясь силой магнитов, причем удивительно эффективно: большая часть потраченной на разгон энергии рекуперируется во время торможения.
Труба не отличается большим диаметром – планируется, что она будет иметь около 1,5 м в поперечнике. Для снижения аэрдинамического сопротивления внутри поддерживается разреженная концентрация воздуха. Сами капсулы с пассажирами, движущиеся внутри, попадают внутрь через специальные шлюзы. Вес каждой вместе с пассажирами должен составлять около 550 кг, а в трубе они смогут разгоняться до поразительной скорости 6500 км/ч. Точная максимальная скорость капсулы зависит от расстояния поездки и, соответственно, времени, доступного на разгон. При комфортном ускорении около 1g для достижения 6500 км/ч требуется около 3 минут, и за это время капсула успеет преодолеть более 160 км. Так что разработчики полагают, что для сравнительно недалеких путешествий достаточно будет и меньшей скорости – порядка 600 км/ч».
«Пиранья без пилота: сплошное нано», пишет 18 апреля www.popmech.ru. «Беспилотный катер двойного назначения Piranha: авторы обещают полностью изменить облик современного ВМФ. Сообщения о новых беспилотных летательных аппаратах и технологиях появляются с завидным постоянством. А вот беспилотные плавательные суда (USV, Unmanned Surface Vehicle) – редкие гости новостных лент. Тем не менее, и в этой области бывают крайне интересные новинки – такие, как концепт аппарата двойного назначения Piranha компании Zyvex Marine.
Первый катер серии был спущен на воду в конце прошлого года. «Наши цеха больше похожи на ракетно-космическое производство, а не на традиционные доки», - с гордостью объявляет один из создателей Piranha Байрон Найтли (Byron Nutley), громко называя ее «первым в истории судном, сделанным с использованием наноматериалов». В самом деле, в нынешнем ее виде Piranha мало напоминает прототип, который видели в 2010 г. Как и сообщалось, основу его корпуса составляет композитный материал Arovex, собственная разработка Zyvex Marine, которая с тех пор получила более модной описание – «усиленное наночастицами углеволокно».
Впрочем, можно совершенно без иронии сказать, что при высокой прочности Arovex, действительно, весьма легок в сравнении с традиционными материалами – алюминием и стеклопластиком. Об этом говорят и цифры, озвученные разработчиками Piranha: 16,5-метровое судно потребляет всего 45,4 л топлива в час, двигаясь на крейсерской скорости 24 узла (44 км/ч). Иначе говоря, авторы уверяют, что экономия достигает 75% в сравнении с «традиционным катером», что бы под таким катером ни подразумевалось. В любом случае, для военных экономия топлива означает лишь увеличение дальности действия. По уверению разработчиков, благодаря этому беспилотная Piranha вообще не нуждается в привязке к определенной базе или базовому судну.
На основе решений, использованных в Piranha, конструкторы планируют создание еще минимум двух катеров, LRV-11 и LRV-17, которые будут предлагаться как в обычном, «пилотируемом», так и в беспилотном вариантах. Основной аудиторией их снова должны стать военные. Представители Zyvex Marine считают уходящими в прошлое флоты из колоссальных, невероятно дорогих и слишком неповоротливых кораблей. По их мнению, в мире, основные угрозы в котором смещаются к терроризму, пиратству и т.п., реальное преимущество способен обеспечить лишь максимально динамичный флот, состоящий из огромного количества (!) небольших, быстрых, не слишком дорогих – и желательно беспилотных – судов, действия которых можно направлять и координировать удаленно.
Такие катера могут обеспечить эскортирование торговых кораблей в опасных районах, охрану береговой зоны, разведку и спасение. При необходимости, они могут быть вполне зубасты: предполагается, что уже LRV-11 и LRV-17 смогут нести многоцелевые ракеты Hellfire или противолодочные торпеды Mark 54. Возможно, они будут эффективны и в качестве минных тральщиков. Разумеется, полностью автономными работу подобных судов пока сделать не представляется возможным. Однако, как указывают в Zyvex Marine, совершенная электроника, высокая скорость движения и исключительно большая дальность действия беспилотников типа Piranha могут уже на данном этапе обеспечить превращение морской войны в подобие современной воздушной: персонал остается дома и работает с беспилотниками удаленно. По крайней мере, если в ВВС таким развитием событий довольны, - почему б оно не понравилось и в ВМФ?»
«Голландский летающий автомобиль совершил первый вылет», сообщает 3 апреля www.membrana.ru. «Новый двухместный аппарат способен превращаться из весьма резвого трицикла в автожир с очень коротким разбегом при взлёте и пробегом при посадке. Машина, по уверениям конструкторов, послушна и легка в управлении как на асфальте, так и в облаках. Более семи лет назад www.membrana.ru рассказывала о старте проекта трансформируемого летательного аппарата PAL-V. Всё это время авторы машины не сидели без дела. Они последовательно прошли через стадии конструирования и отладки прототипов вплоть до постройки летающего образца, оторвавшегося от взлётной полосы в марте 2012 года.
На дороге аппарат PAL-V насчитывает в длину 4 метра, а в ширину и высоту – по 1,6 м. Весит пустая машина 680 килограммов и может поднимать нагрузку в 230 кг. В движение гибрид трицикла и автожира приводит бензиновый двигатель, сертифицированный для полётов. Его мощность составляет 220 л.с. (160 кВт). В дальнейшем компания-разработчик (она называется практически так же — PAL-V Europe) намерена добавить версии, питающиеся биодизелем и биоэтанолом.
Перевод PAL-V из дорожной конфигурации в воздушную занимает менее 10 минут. Часть операций выполняется вручную, что упростило конструкцию и повысило надёжность. И обучиться этому процессу, мол, совсем не сложно. Для смены режима работы у аппарата сзади раскладывается хвост и раскрывается толкающий воздушный винт, а над кабиной распрямляются лопасти несущего винта. Обратная процедура, при переходе от воздушного режима в автомобильный, занимает такое же время. Для взлёта этому трансформеру нужно всего 165 метров свободного пространства (причём это может быть травяное покрытие), а для посадки – и вовсе 30 м. Это не только удобно, но и безопасно. И в воздухе, и на шоссе максимальная скорость машины одинакова – 180 километров в час. При этом на суше аппарат обнаруживает приличную динамику – с нуля до 100 км/ч он разгоняется за 8 секунд. К тому же PAL-V кренится в поворотах, как мотоцикл, что делает его очень отзывчивым и устойчивым. Автоматическая система, идентичная применённой на трицикле Carver ONE, управляет углом наклона в зависимости от скорости и ускорения.
Расход топлива PAL-V на трассе заявлен в 8,3 литра на 100 км, а в воздухе – 36 л/час. На одном баке по шоссе машина должна проезжать до 1200 километров, а в небе – преодолеть 350-500 км. Голландцы сообщают, что минимальная скорость PAL-V в горизонтальном полёте равна всего 50 км/ч. При этом даже остановка двигателя не приведёт к падению, так как основной винт сможет замедлить спуск очень лёгкой машины за счёт авторотации. Новичок рассчитан на полёты в пределах 1200 метров высоты. Во многих странах это означает возможность выполнения рейсов без подачи плана полёта (по правилам визуальных полётов).
По уверению PAL-V Europe, её двухрежимная машина полностью соответствует всем стандартам для лёгкой авиации и для автомобилей на основных рынках и потому может легально использоваться и в небе, и на автотрассе. В настоящее время голландцы занимаются созданием коммерческой версии своего гибрида-трансформера. Она названа PAL-V ONE и будет отличаться от нынешнего тестового экземпляра деталями отделки, ну и, разумеется, отшлифованной техникой. Начало продаж этого летающего авто намечено на 2014 год. Компания утверждает, что интерес к новинке уже проявила полиция, а также медики и военные».
«Предсерийный трансформер поднялся в небо», пишет 5 апреля www.membrana.ru. «Компания Terrafugia провела первые тесты в воздухе нового образца летающего автомобиля Transition. В отличие от прототипа, впервые взлетевшего в 2009 году, нынешняя модель получила ряд изменений в начинке и облике. Она фактически предвещает серийный продукт, ведь первые покупатели должны увидеть Transition в своих гаражах уже в 2013 году. Американский двухрежимный аппарат Transition оторвался от взлётной полосы в аэропорту Платтсбург в конце марта. Новичок представляет собой версию, максимально приближенную к той машине, что заказчики начнут получать в следующем году. Перед нами автомобиль с автоматически раскладывающимися крыльями или, с другой точки зрения, — спортивный самолёт, способный легально ездить по дорогам.
Напомним, первый прототип Transition именовался также «проверка концепции» и предназначался лишь для испытания оригинальных узлов. Его тесты позволили новинке получить официальное одобрение от Национального управления безопасности дорожного движения и Федерального управления авиации США.
Теперь на тесты вышло давно обещанное второе поколение машины, которую компания заодно выставила на Нью-Йоркском автошоу. Этот вариант «Связующего звена» и должен встать на конвейер. Увы, по пути к нему диковинка снова подорожала. Ценник переписали, и теперь на нём значится $279 тысяч…»
«ЦИАМ продолжает исследования применения в авиации топливных элементов», информирует 5 апреля www.nanonewsnet.ru. «Федеральное государственное унитарное предприятие «Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И.Баранова» (ЦИАМ) проводит исследования по применению в авиации топливных элементов, сообщил первый заместитель генерального директора по науке Валентин Солонин. В качестве прикладной задачи ЦИАМ исследует возможность создания беспилотного летательного аппарата (БЛА) с рекордной продолжительностью полета в целях подтверждения длительной работоспособности топливных элементов, уточнил он.
По словам В.Солонина, в настоящее время работа по применению топливных элементов в авиации находится на стадии организации исследований в области создания авиационных двигателей с применением углеводородного топлива… По его мнению, ограниченное финансирование не позволяет осуществить формализацию общей программы работ, в том числе подключить к выполняемым работам другие предприятия в части кооперационных поставок. «ЦИАМ на сегодня имеет планы работ, сформированы определенные группы возможных исполнителей, в том числе и в атомной промышленности, где зарождались эта тематика, а также в российской Академии наук.
Сегодня нужна организационная основа в виде финансирования, чтобы сформулировать общую программу, подключить соисполнителей и начать полномасштабные исследования», – уверен замдиректора ЦИАМ. Он также напомнил, что в 1990-х годах была фактически свернута широкомасштабная работа, которая велась в нашей стране, по внедрению в авиации альтернативных видов топлива, в частности, водородной энергетики. В перспективе ожидалось обеспечить двукратное повышение топливной эффективности авиационного двигателя при одновременном снижении практически до нуля эмиссии вредных веществ. Необходимо отметить, что водородные топливные элементы существуют и широко используются в других отраслях, но они не удовлетворяют условиям применения в авиации по массогабаритным параметрам.
По словам заместителя руководителя ЦИАМ, проект экспериментального беспилотного летательного аппарата «ЦИАМ-Рекорд» с рекордной продолжительностью полета должен явиться демонстратором концепции применения топливных элементов в авиации. Силовая установка БЛА состоит из маршевого двигателя с топливным элементом «Aeropak 2» мощностью 250 Вт. Бортовая энергосистема – Li-Po аккумулятор. Топливо – газообразный водород под давлением 300 атм. с объемом 2х7 л. Расчетная взлетная масса беспилотника составляет 13–14 кг, высота полета – до 3000 м, максимальная скорость – до 126 км/ч, максимальная крейсерская скорость – 90–95 км/ч, скорость полета на продолжительность – 80 км/ч, продолжительность полета 30–36 часов. Размеры беспилотника: размах крыла 5,9 м, длина 2,9 м. Тянущий воздушный винт имеет диаметр 500 мм.
В.Солонин также напомнил, что в ноябре 2010 года совершил первый полет БЛА «ЦИАМ-80», созданный в ЦИАМ с участием некоторых других организаций. Этот беспилотник стал первым в России летательным аппаратом, энергия для полёта которого вырабатывалась топливным элементом – электрохимическим генератором энергии. В качестве топлива использовался сжатый водород, в качестве окислителя – кислород воздуха. Как сообщалось ранее, в ЦИАМ разработаны два типа БЛА с питанием электродвигателей силовой установки от топливных элементов – ЦИАМ-80 и ЦИАМ-80–2. Первый полет ЦИАМ-80 совершил 4 ноября 2010 года, ЦИАМ-80–2 – 27 ноября 2010 года. ЦИАМ-80 – первый в отечественной истории БЛА бортовые потребности в энергии которого обеспечивалась батареей топливных элементов – электрохимическим генератором электрической энергии.
ЦИАМ-80 и ЦИАМ-80–2 являются чисто исследовательскими аппаратами, демонстраторами новых и перспективных технологий и не рассчитаны на практическое применение. Беспилотник ЦИАМ-80 имеет при длине 1,184 м и размахе крыла 1,700 м взлетную (стартовую) массу 2,6 кг. Скорость его полета составляет до 60 км/ч, а продолжительность полета – до 5 часов. Воздушный винт – тянущий диаметром 300 мм. Управление дистанционное по радиоканалу. БЛА ЦИАМ-80–2 массой 10 кг существенно больше, чем ЦИАМ-80. Он оборудован баком объемом 1,1 л, рассчитанным на хранение водорода с давлением 300 атм. Этот БЛА имеет расчетную продолжительность полета порядка 5–6 часов».
«Европейцы создали миниатюрный двигатель для межпланетных миссий», пишет 2 апреля www.membrana.ru. «Экономичный привод для малых спутников позволит им превращаться в межпланетные станции, способные на самостоятельные рейсы к Луне, астероидам или Марсу. В силу дешевизны подобных аппаратов они могут революционизировать изучение космоса. Инженеры из политехнической школы Лозанны (EPFL) построили прототип ионного двигателя под названием MicroThrust. Он предназначен для космических аппаратов весом от 1 до 100 килограммов. Такие аппараты, нередко создаваемые в университетах и институтах, обычно запускают как дешёвую попутную нагрузку вместе с более крупными спутниками. При этом малыши остаются на тех орбитах, на которые их доставила ракета-носитель. Но представьте, как расширились бы возможности учёных, если бы недорогие «разведчики» могли самостоятельно разлетаться по Солнечной системе, не нуждаясь в крупных разгонных блоках или в объединении с редкими и дорогими флагманскими межпланетными миссиями.
В разработке сверхкомпактного космического привода помимо EPFL как ведущей организации примает участие целый ряд институтов и компаний Великобритании, Нидерландов и Швеции. Учёные и инженеры уже создали несколько макетов и моделей, а недавно на свет родился первый рабочий образец двигателя MicroThrust. Этот двигатель весит менее 200 граммов, включая управляющую электронику и даже топливо (порядка 100 г). Он может быть легко интегрирован в спутник размером всего 10 х 10 х 10 сантиметров, а ведь это известный и набирающий популярность формат CubeSat.
Запас рабочего тела в MicroThrust представляет собой не газ, а ионную жидкость. Этим двигатель тоже отличается от предшественников. Авторы устройства выбрали состав EMI-BF4, применяемый в ряде областей техники в роли электролита. Во время работы устройства данная жидкость за счёт капиллярных сил поступает в микроскопические кремниевые сопла. Более тысячи таких отверстий на каждый квадратный сантиметр расположены на поверхности крошечных чипов, составляющих сердце двигателя. На конце сопла ионы извлекаются из жидкости за счёт сильного электрического поля. Для его генерации чипы снабжены решётчатыми электродами. К ним прикладывается напряжение в четыре тысячи вольт.
Ионы покидают чипы со скоростью до 10 км/с, создавая тягу до 100 микроньютонов (при удельном импульсе примерно в 3000 секунд). При этом полярность поля ежесекундно меняется, так что для формирования реактивной струи в новой конструкции используются и положительные, и отрицательные ионы. Хотя для работы этого двигателя необходимо высокое напряжение, расходуемая им энергия более чем скромна. MicroThrust способен уложиться в возможности небольших солнечных батарей типичного наноспутника, поскольку потребляет менее 4 ватт мощности.
Ускорение, развиваемое подобным аппаратом, очень невелико. Но за шесть месяцев работы устройства MicroThrust всего 100 миллилитров топлива смогут перенести 10-сантиметровый спутник с околоземной орбиты к Луне, утверждают авторы проекта. При этом скорость такого «исследователя» будет постепенно увеличена с начальных 6,7 до 11,7 км/с. Сейчас европейские учёные занимаются доводкой конструкции двигателя. По их словам, на отладку и тесты уйдёт ещё год.
И уже известны пилотные миссии, в которых будет использован новый привод. Во-первых, речь идёт об орбитальном мусорщике CleanSpace One, создаваемом в EPFL. А во-вторых, устройство MicroThrust должно быть установлено на спутниках голландского проекта OLFAR. Последний предусматривает развёртывание вдали от Земли целого роя наноспутников. Сообща они сформируют низкочастотный радиотелескоп с апертурой в десятки километров. Швейцарцы указывают, что запуск аппарата CleanSpace One может состояться года через три-четыре, а проект OLFAR должен быть реализован в течение десятилетия».
Окончание следует
