Wyobrażenie statku kosmicznego przywodzi na myśl coś takiego,
takiego albo takiego.
Co mają ze sobą wspólnego?
Są większe od innych rzeczy, bo muszą pomieścić ludzi, paliwo,
różnego rodzaju zasoby, urządzenia badawcze,
a w niektórych przypadkach lasery do niszczenia planet.
Następna generacja prawdziwych statków kosmicznych może być mniejsza.
Tak mała, że zmieści się do kieszeni.
Wyobraź sobie wysłanie roju takich mikrostatków poza galaktykę.
Mogłyby badać odległe gwiazdy i planety
za pomocą zaawansowanych czujników elektronicznych,
mierzących wszystko od temperatury do promieniowania kosmicznego.
Możesz stworzyć ich tysiące
w ramach kosztu jednej misji wahadłowca,
gwałtownie zwiększając ilość danych,
jakie możemy zebrać o wszechświecie.
Jedną łatwo zastąpić inną,
co oznacza, że można wysłać je w miejsca,
gdzie drogie rakiety i sondy byłyby zbyt zagrożone.
Wiele tysięcy małych statków już teraz okrąża Ziemię,
robiąc zdjęcia kosmosu
i zbierając dane,
takie jak zachowanie bakterii w ziemskiej atmosferze
albo sygnały magnetyczne pomagające przewidywać trzęsienia ziemi.
Ileż można by się dowiedzieć, jeśli uda im się odlecieć poza orbitę.
To właśnie chcą zrobić organizacje takie, jak NASA:
wysłać małe statki kosmiczne, wypatrując planet do zamieszkania,
i zarejestrować fenomeny astronomiczne, których nie możemy badać z Ziemi.
Ale coś tak małego nie może mieć ogromnego silnika lub ton paliwa,
jak więc się rozpędzi?
Dla mikrostatków potrzeba mikronapędu.
W bardzo małej skali
część ze znanych praw fizyki nie działa,
na przykład prawa dynamiki Newtona,
a siły zwykle nieistotne nabierają mocy.
Te siły to napięcie powierzchniowe i zjawisko kapilarne,
zjawiska, które rządzą małymi rzeczami.
Mikronapęd może wykorzystać te siły, aby rozpędzić statek.
Jednym z przykładów tego działania
jest mikroprzepływowe elektrorozpylanie napędowe.
To rodzaj silnika jonowego,
który wykorzystuje naładowane cząstki do stworzenia własnego pędu.
Jeden z modeli stworzony w laboratorium napędu odrzutowego NASA
ma tylko kilka centymetrów.
Działa w ten sposób:
blaszka wielkości znaczka pocztowego jest usiana setkami cienkich igieł
i pokryta na przykład idem, metalem o niskiej temperaturze topnienia.
Metalowa siatka znajduje się powyżej igieł,
a między siatką a płytą powstaje pole elektromagnetyczne.
W miarę podgrzewania blaszki ind się topi,
a zjawisko kapilarne wciąga płynny metal na igły.
Pole elektryczne stopniowo ciągnie metal do góry,
ale napięcie powierzchniowe ciągnie je z powrotem
przez co ind odkształca się, tworząc stożek.
Mały promień końcówek igieł
umożliwia polu elektrycznemu przezwyciężenie napięcia powierzchniowego.
Kiedy to się stanie,
dodatnio naładowane jony odpalają
z prędkością dziesiątek kilometrów na sekundę.
Strumień jonów napędza statek w przeciwnym kierunku
dzięki trzeciemu prawu Newtona.
Chociaż każdy jon jest bardzo małą cząstką,
to ich połączone siły wystarczą,
aby wytworzyć znaczne przyspieszenie.
W przeciwieństwie do spalin powstałych z silnika rakietowego,
strumień jonów jest mniejszy i zdecydowanie bardziej wydajny,
przez co lepiej nadaje się do długich misji w głęboki kosmos.
Systemy mikronapędów nie zostały jeszcze w pełni przetestowane,
ale niektórzy naukowcy sądzą, że zapewnią wystarczającą siłę ciągu,
aby wyrwać mały statek z orbity Ziemi.
Są przekonani, że tysiące mikrostatków
wyruszy w ciągu następnych dziesięciu lat,
aby zbierać dane, o których dziś możemy pomarzyć.
To jest nauka mikrorakietowa.