p Um novo tipo de sistema de micropropulsão para satélites em miniatura, chamado CubeSats, usa um design inovador de pequenos bicos que liberam rajadas precisas de vapor d'água para manobrar a espaçonave. p "Microssatélites" e "nanosatélites" de baixo custo muito menores do que as espaçonaves convencionais, tornaram-se cada vez mais prevalentes. Milhares de satélites em miniatura podem ser lançados para realizar uma variedade de tarefas, de imagens de alta resolução e serviços de internet, para resposta a desastres, monitoramento ambiental e vigilância militar.

p "Eles oferecem uma oportunidade para novas missões, como constelação de vôo e exploração que suas contrapartes maiores não podem alcançar economicamente, "disse Alina Alexeenko, professor da Escola de Aeronáutica e Astronáutica da Purdue University.

p Contudo, para atingir todo o seu potencial, O CubeSats exigirá dispositivos de micropropulsão para fornecer "bits de impulso" precisos de baixo empuxo para fins científicos, aplicações espaciais comerciais e militares.

p Ela liderou pesquisas para desenvolver um novo sistema de micropropulsão que usa água ultra-purificada.

p "Acredita-se que a água seja abundante na lua marciana de Fobos, "disse ela." tornando-se potencialmente um enorme posto de gasolina no espaço. A água também é um propelente muito limpo, reduzindo o risco de contaminação de instrumentos sensíveis pelo refluxo das plumas do propulsor. "

p Os resultados da pesquisa sobre o novo sistema são detalhados em um artigo apresentado durante a 31ª Conferência AIAA / USU sobre Pequenos Satélites, 5 a 10 de agosto em Logan, Utah.

p O novo sistema, chamado de Matriz Ajustável de MEMS de Evaporação de Filme, ou propulsor FEMTA, usa capilares pequenos o suficiente para aproveitar as propriedades microscópicas da água. Como os capilares têm apenas cerca de 10 micrômetros de diâmetro, a tensão superficial do fluido impede que ele flua para fora, mesmo no vácuo do espaço. Ativar pequenos aquecedores localizados perto das extremidades dos capilares cria vapor d'água e fornece impulso. Desta maneira, os capilares tornam-se válvulas que podem ser ligadas e desligadas ativando os aquecedores. A tecnologia é semelhante a uma impressora jato de tinta, que usa aquecedores para empurrar as gotas de tinta.

p O artigo de pesquisa foi de autoria da estudante universitária Katherine Fowee; alunos de graduação Steven Pugia, Ryan Clay, Matthew Fuehne e Margaret Linker; associado de pesquisa de pós-doutorado Anthony Cofer; e Alexeenko

p "É muito incomum que alunos de graduação tenham um papel tão proeminente em pesquisas avançadas como esta, "Alexeenko disse.

p Os alunos realizaram a pesquisa como parte de um curso de design de propulsão.

p Os CubeSats são compostos de várias unidades, cada um medindo 10 centímetros cúbicos. Na pesquisa Purdue, quatro propulsores FEMTA carregados com cerca de uma colher de chá de água foram integrados em um protótipo CubeSat de uma unidade e testados no vácuo. O protótipo, que pesa 2,8 kg, ou cerca de seis libras, continha componentes eletrônicos e um sensor de unidade de medição inercial para monitorar o desempenho do sistema de propulsão, que gira o satélite usando rajadas de vapor de água de curta duração.

p Os satélites típicos são do tamanho de um ônibus escolar, pesam milhares de libras e às vezes custam centenas de milhões de dólares. E embora os satélites convencionais exijam eletrônicos especializados que possam suportar as duras condições do espaço, CubeSats pode ser construído com baixo custo, componentes de prateleira. Constelações de muitos baratos, satélites descartáveis ​​podem ser lançados, minimizando o impacto da perda de satélites individuais.

p Contudo, melhorias são necessárias em sistemas de micropropulsão para mobilizar e controlar com precisão os satélites.

p "Houve melhorias substanciais feitas nas tecnologias de micropropulsão, mas mais reduções na massa, volume, e energia são necessários para integração com pequenas espaçonaves, "Alexeenko disse.

p A tecnologia FEMTA é um sistema microeletromecânico, ou um MEMS, que são pequenas máquinas que contêm componentes medidos na escala de mícrons, ou milionésimos de um metro. O propulsor demonstrou uma relação impulso-potência de 230 micronewtons por watt para impulsos com duração de 80 segundos.

p "Este é um poder muito baixo, ", Disse Alexeenko." Demonstramos que uma rotação de 180 graus pode ser realizada em menos de um minuto e requer menos de um quarto de watt, mostrando que FEMTA é um método viável para controle de atitude de CubeSats. "

p Os propulsores FEMTA são bicos em microescala fabricados em wafers de silício usando técnicas de nanofabricação comuns na indústria. O modelo foi testado na grande câmara de vácuo da Purdue's High Vacuum Facility.

p Embora os pesquisadores tenham usado quatro propulsores, que permitem que o satélite gire em um único eixo, um satélite totalmente funcional exigiria 12 propulsores para rotação de 3 eixos.

p A equipe construiu o sistema com baixo custo, dispositivos disponíveis comercialmente que são essenciais para a "internet das coisas, "um fenômeno emergente no qual muitos objetos do cotidiano, como eletrodomésticos e carros, têm seus próprios endereços de Internet.

p "Esses alunos de graduação integraram todas as tecnologias IOT, que, francamente, eles sabem mais do que eu, " ela disse.

p A unidade de medição inercial lida com 10 tipos diferentes de medições necessárias para manobrar e controlar o satélite. Um computador de bordo recebe sinais sem fio para disparar o propulsor e transmite dados de movimento usando este chip IMU.

p "O que realmente queremos fazer a seguir é integrar nosso sistema em um satélite para uma missão espacial real, " ela disse.

p A pesquisa envolveu uma colaboração com o Goddard Space Flight Center da NASA por meio do programa SmallSat Technology Partnership da agência espacial, que forneceu financiamento crítico desde o início do conceito em 2013.

p Um pedido de patente para o conceito foi depositado no Office of Technology Commercialization da Purdue Research Foundation. Os bicos para o sistema foram fabricados nos Scifres

p Laboratório de nanofabricação no Birck Nanotechnology Center no Purdue's Discovery Park.