全3D打印的電噴霧發(fā)動(dòng)機(jī)適用于小型衛(wèi)星在軌機(jī)動(dòng)，生產(chǎn)成本僅為傳統(tǒng)推進(jìn)器的一小部分。圖片來源：美國(guó)麻省理工學(xué)院

美國(guó)麻省理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)近期展示了一款完全采用3D打印技術(shù)制造的電噴霧發(fā)動(dòng)機(jī)，能通過發(fā)射液滴來推進(jìn)。這款創(chuàng)新設(shè)備不僅生產(chǎn)迅速，而且成本遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)推進(jìn)器，它利用市場(chǎng)上可購(gòu)買到的3D打印材料和技術(shù)，甚至可以在太空中完成打印。相關(guān)論文發(fā)表在《先進(jìn)科學(xué)》雜志上。

電噴霧發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理是對(duì)導(dǎo)電液體施加電場(chǎng)，從而產(chǎn)生高速微小液滴射流以推動(dòng)航天器。這種微型發(fā)動(dòng)機(jī)特別適用于小型衛(wèi)星，如立方體衛(wèi)星。相較于化學(xué)燃料火箭，電噴霧發(fā)動(dòng)機(jī)在推進(jìn)劑使用上更為高效，因此更適合執(zhí)行精確的軌道內(nèi)機(jī)動(dòng)任務(wù)。盡管其產(chǎn)生的推力較小，但通過并聯(lián)多個(gè)電噴霧發(fā)射器可以達(dá)到所需的推力水平。

團(tuán)隊(duì)此次開發(fā)了一種結(jié)合兩種3D打印方法的模塊化工藝，解決了制造由宏觀和微觀組件構(gòu)成的復(fù)雜設(shè)備時(shí)遇到的難題。他們采用還原光聚合打印（VPP）技術(shù)，包括數(shù)字光處理技術(shù)，通過芯片大小的投影儀將光線照射到光敏樹脂上，逐層固化形成高分辨率的3D結(jié)構(gòu)。此外，他們還設(shè)計(jì)了一種夾緊機(jī)制來連接各個(gè)部件，保證了設(shè)備的水密性。這使得宇航員能夠在太空中直接打印衛(wèi)星發(fā)動(dòng)機(jī)，無需依賴從地球發(fā)送的設(shè)備。

打印出的推進(jìn)器包含32個(gè)電噴霧發(fā)射器，這些發(fā)射器協(xié)同工作，確保推進(jìn)劑噴流穩(wěn)定均勻。最終的原型設(shè)備在推力性能上與現(xiàn)有設(shè)備相當(dāng)，甚至更優(yōu)。

進(jìn)一步研究顯示，通過調(diào)整推進(jìn)劑的壓力，調(diào)節(jié)施加于發(fā)動(dòng)機(jī)上的電壓，可以控制液滴流量，實(shí)現(xiàn)更寬范圍的推力輸出。

研究人員表示，這種方法簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，減少了復(fù)雜管道、閥門或壓力信號(hào)網(wǎng)絡(luò)，提供了一種更加輕便、經(jīng)濟(jì)且高效的電噴霧推進(jìn)解決方案。

3D打印出來的電噴霧發(fā)動(dòng)機(jī)，幾乎可以標(biāo)志著航天推進(jìn)技術(shù)的一次重要突破。因?yàn)閾碛锌焖偕a(chǎn)和定制化的能力，在太空任務(wù)中能根據(jù)具體需求迅速調(diào)整設(shè)計(jì)，極大提升了執(zhí)行靈活性和響應(yīng)速度。特別是在緊急維修或需要快速部署新衛(wèi)星的情況下，這種即時(shí)生產(chǎn)能力顯得尤為重要。而能在太空中直接制造發(fā)動(dòng)機(jī)，意味著未來的太空任務(wù)將不再完全依賴從地球發(fā)送的設(shè)備，而是在軌道上就能自我修復(fù)和升級(jí)。因此說，這一創(chuàng)新不僅顯著降低了生產(chǎn)成本和時(shí)間，還為未來太空探索帶來更靈活、高效的解決方案。