나노 입자 필드 추출 추진기

Nano-particle field extraction thruster

나노입자장 추출 추진기(Nano-particle field raction ruster) 또는 나노FET는 미시간 대학이 개발 중인 실험용 고속 우주선 엔진이다.[1]충전된 입자를 방출하여 추력을 제공한다.이 입자들은 원통형 탄소 나노튜브로 탱크에 담거나 비행 중에 제조될 수 있다.나노FET는 이러한 입자의 크기를 변화시킴으로써 높은 전력 효율을 유지하면서 연료 효율(특정 임펄스), 그리고 결과적으로 추력 출력량을 변화시킬 수 있다.이 조절성은 나노FET에 모든 전기 스러스터의 성능 특성을 한 번에 제공한다.다른 전기 추진 시스템과 마찬가지로 나노FET는 지구 대기권 내에서 작동하기 위한 것이 아니라 궤도와 깊은 우주에서 작동하기 위한 것이다.[2]

원리

나노FET의 조절 가능한 힘과 특정한 충동은 그것을 극도로 다용도로 만든다.그것은 다른 어떤 전자 추력 시스템보다 적은 전력과 연료를 사용하면서 더 많은 추력을 낼 수 있다.[3]또한 시스템 전체에서는 충전이 이루어지지 않으며, 한 충전 패드에 쌓이는 음전하가 다른 충전 패드에 쌓이는 양전하에 의해 취소된다.연료 컨테이너와의 높은 수준의 통합은 우주선을 매우 작고 우주선에 놓기 쉽도록 만든다.[4]불행히도, 다른 모든 전자 추력기와 마찬가지로, 그것은 현재의 화학 로켓이 생산하는 추력의 양 근처에도 미치지 못한다. (1500만 뉴턴에 비해 수백 뉴턴은 몇 개 안 된다.)[3][5]비록 그것이 몇 백만 파운드의 연료를 필요로 하지 않는다는 사실이 이 전력 차이를 크게 상쇄하지만, 그들의 현재 형태에서, 나노FET는 지구 기반 발사에 적합하지 않다.

나노FET는 꽤 간단한 방식으로 작동한다.입자 저장 영역, 충전 패드, 가속 그리드의 3가지 주요 부분으로 구성된다.시작하기 위해, 그것은 원통형 입자를 충전 패드로 전송하고, 그리고 나서 입자에 전하를 부과한다.입자가 전하를 얻으면 가속 격자로부터 당기는 힘이 증가한다.결국, 이 당기는 힘은 입자와 충전 패드 사이의 전자기력과 표면 부착력을 압도한다.이제 입자가 가속 그리드를 향해 가속하기 시작하고, 나노FET를 반대 방향으로 밀어낸다.

나노FET는 건식나노FET와 '정상' 습식나노FET 두 종류가 있다.접두사는 입자 이동 방법을 가리키는데, 습식 나노FET는 액체를 사용하지만 건식은 사용하지 않는다.

습식나노FEt

지금까지 대부분의 프로토타입과 테스트는 습식 나노FET에서 이루어졌다.이 설계는 원통형 입자를 운반하거나 저장하기 위해 낮은 표면 텐션, 낮은 점도 및 비전도성 액체를 사용한다.이 입자들은 크기가 1nm에서 100nm에 이르는 탄소나노관이다.[3]이 설계에 관한 이슈는 콜로이드 형성 가능성, 우주에서의 액체 기화 가능성, 그리고 공간과 무게 증가를 포함한다.

드라이나노FEt

습식나노FET의 액상 기반 문제가 전혀 없어 이 변형은 습식나노FET보다 나은 것으로 보인다.불행하게도, 그것이 어떻게 입자를 충전 패드로 운반하는지에 대한 많은 정보가 발표되지 않았다.일단 충전 패드에서 입자를 움직이게 하고 충전 패드에서 떼어내기 위해 압전층을 사용한다.이것은 접착력을 깨뜨리고 충전 패드에 대한 그들의 끌어당김을 심각하게 감소시켜 가속 그리드가 그것들을 빼내기 시작할 수 있게 한다.[citation needed]

과제들

상상할 수 있듯이, 나노FET를 설계하는 동안 많은 도전들이 직면했다.주요 내용 중 하나는 입자를 충전 패드로 운반하는 방법이었다.액체는 입자를 운반하는 가장 쉬운 방법이지만, 작은 원뿔(테일러 콘)과 충전된 물방울(콜로이드)을 형성할 수 있는데, 이것은 나노FET의 추진력 미세 조정 능력에 심각한 영향을 준다.당초 100cSt 실리콘 오일 등 표면 장력과 점도가 낮은 비전도성 액체는 콜로이드 형성 없이 큰 전자기장을 견딜 수 있는 것으로 나타났다.이후, 입자를 운반하기 위한 건조 메커니즘을 사용한 프로토타입이 개발되었다.이러한 드라이나노FET 구성은 전자적으로 작동되는 물질(피조전기)을 사용하여 표면 장력을 깨뜨리고 입자를 움직이게 한다.[6]

마찬가지로, 구형 입자는 초기 프로토타입에서 사용되었으나 나중에 원통형 입자로 대체되었다.이는 주로 원통형 입자가 충전될 때 종횡으로 서 있기 때문에 구형 입자보다 훨씬 더 많은 전하를 얻기 때문이다.또한 실린더가 액체의 표면을 더 쉽게 관통하고 액체를 덜 가져간다는 점을 고려할 때, 그것들은 나노FET의 이상적인 형태다.이러한 성질은 원통형 나노 입자를 추출할 수 있는 반면, 가장 작은 추출 가능한 구들은 밀리미터의 순서로 되어 있다.[3]

참조

  1. ^ Boysen, E. & Muir, N.C. (2011) 나노기술 For Dummies. 2 Ed, 페이지 172, For Dummies, ISBN1-118-13686-1.2011년 7월 검색됨
  2. ^ Drenkow, Brittany D.; Thomas M. Liu; John L. Bell; Mike X. Huang; et al. (2009). "Developing a Reduced Gravity Testbed for the Nanoparticle Field Extraction Thruster" (PDF). Retrieved 7 February 2012. {{cite journal}}:Cite 저널은 필요로 한다. journal=(도움말)
  3. ^ a b c d Louis, Musinski; Thomas Liu; Brian Gilchrist; Alec D. Gallimore; et al. (2007). "Experimental Results and Modeling Advances in the Study of the Nanoparticle Field Extraction Thruster". Retrieved 7 May 2016. {{cite journal}}:Cite 저널은 필요로 한다. journal=(도움말)
  4. ^ Liu, Thomas M.; Micheal Keidar; Louis D. Musinski; Alec D. Gallimore; et al. (2006). "Theoretical Aspects of Nanoparticle Electric Propulsion" (PDF). Retrieved 2 February 2012. {{cite journal}}:Cite 저널은 필요로 한다. journal=(도움말)
  5. ^ Brian, Marshall. "Thrust". How Rocket Engines Work. Retrieved 12 February 2012.
  6. ^ Liu, Thomas M.; Brittany D. Drenkow; Louis D. Musinski; Alec D. Gallimore; et al. (2008). "Developmental Progress of the Nanoparticle Field Extraction Thruster" (PDF). {{cite journal}}:Cite 저널은 필요로 한다. journal=(도움말)

외부 링크