Представляя себе космический корабль, вы, вероятно, думаете о чём-то таком,
или таком, или, может быть, таком.
Что у них общего?
Помимо прочих параметров, они огромны, потому что должны вместить людей, топливо,
всевозможные припасы, научные приборы
и в редких случаях — смертоносные лазеры.
Но следующее поколение космических кораблей может быть намного меньше.
Вплоть до помещающихся в карман, крохотных.
Представьте: мы сможем послать рой таких микрокораблей в космос.
Они смогут изучать дальние планеты,
используя современные электронные датчики,
которые будут измерять всё: от температуры до космического излучения.
Вы можете использовать микрокорабли тысячами
по стоимости полёта одного космического шаттла,
экспоненциально увеличивая количество данных,
собираемых о Вселенной.
По одиночке такие корабли не слишком жалко потерять,
так что мы могли бы отсылать их в места,
слишком опасные для ракеты или зонда стоимостью в миллиард.
Сотни маленьких космических кораблей уже вращаются вокруг Земли,
фотографируя открытый космос
и собирая данные о таких вещах,
как, например, поведение бактерий в Земной атмосфере
и магнетические сигналы, которые могут помочь предсказывать землетрясения.
Представьте, насколько больше мы могли бы узнать,
если бы они могли вылететь за Земную орбиту.
Это именно то, чего хотят добиться такие организации, как НАСА:
посылать микрокорабль для обнаружения обитаемых планет
и объяснения астрономических явлений, которые мы не можем изучать с Земли.
Но как такой маленький корабль, который не может вместить большой двигатель
или тонны топлива, может двигаться вперёд?
Оказывается, микрокораблю нужны микропоступательные движения.
На микроуровне
некоторые из общеизвестных законов физики не действуют.
В особенности, законы механики Ньютона.
Силы, незначительные в обычных условиях, становятся мощными.
Эти силы включают в себя поверхностное натяжение и капиллярное давление —
феномены, управляющие другими маленькими вещами.
Системы микротолчков могут использовать такие силы для движения микрокорабля.
Один из примеров такой системы —
микрожидкостный двигательный электроспрей.
Это тип ионного двигателя:
он выстреливает заряженными частицами для генерации импульса.
Одна из моделей, разрабатываемая в лаборатории реактивного движения в НАСА,
составляет в длину всего пару сантиметров.
Вот как она работает.
Металлическая пластина размером с почтовую марку с сотнями иголок
покрыта слоем металла с низкой точкой плавления, таким как индий.
Над иглами находится металлическая сетка,
а между сеткой и пластиной создаётся электрическое поле.
Когда пластина нагревается, индий расплавляется,
и металл тянется вверх по иглам, благодаря капиллярному давлению.
Электрическое поле тянет расплавленный металл вверх,
а поверхностное натяжение тянет его назад,
таким образом, превращая кусок индия в конус.
Небольшие радиусы верхушек игл
позволяют электрическому полю преодолеть поверхностное натяжение.
Когда это происходит,
положительно заряженные ионы
выстреливают со скоростью в десятки километров в секунду.
Этот поток ионов двигает корабль в противоположном направлении,
согласно третьему закону Ньютона.
И хотя каждый отдельный ион — это очень маленькая частичка,
их объединённая сила, отталкивающаяся от корабля,
достаточна для генерации существенного ускорения.
В отличие от выхлопных газов, выходящих из ракетного двигателя,
этот поток намного меньше и намного экономичнее
и больше подходит для длительных полётов.
Эти микродвигательные системы ещё не прошли испытания полностью,
но некоторые учёные полагают, что эти микрокорабли
способны преодолеть земную орбиту.
В частности, учёные предсказывают, что тысячи таких микрокораблей
будут запущены в ближайшие десять лет
для сбора таких данных, которые пока нам не доступны.
И это — микрокосмическая наука.