科學家一直在研究一些可用於未來太空探索計劃的有趣點子。為了進一步降低成本，首要任務是尋找燃效和功率更高的燃料，將飛船、衛星和太空人送往他們的目的地。為此，科學家提出了一系列設想，包括核能推進、離子發動機，甚至於反物質。
未來發展方向
鐵磁流體推進器採用離子液體，暴露於磁場時具有強磁性，同時會釋放離子。根據美國密西根理工大學離子太空推進實驗室進行的一項新研究，鐵磁流體將是小衛星推進系統的未來發展方向。研究發現於最近刊登在《流體物理學》雜誌上。
這項研究提出了一種全新的微推進器製造方案——讓小衛星採用微小噴嘴設計，利用鐵磁流體驅動衛星在軌道中機動。小衛星通常被定義為重量不到500公斤的衛星。隨著相關技術的進步，小衛星能夠執行一系列以往只能由大衛星完成的任務。在當前的衛星市場，它們的份額不斷提高，不久的將來還會有更多小衛星進入太空。據估計，2015年至2019年將有超過500顆小衛星被送入低地球軌道，市場價值可達到74億美元。這也就是為什麼科學家將目光聚焦各種類型的微型推進器，確保小衛星能夠高效機動。
雖然不乏可能性，但研製能夠在成本、效率和可靠性之間實現完美平衡的微推進器絕非易事。為了解決這個問題，密西根理工大學的研究小組開始對鐵磁流體進行研究，將其作為可能的解決方案。正如上文提到的，鐵磁流體是離子流體，暴露於磁場時進入活躍狀態，釋放少量離子。磁場消失後，它們又回到自然狀態。這種現象被稱之為「羅森茨維格不穩定性」。此項研究由密西根理工大學機械工程系博士生布蘭登·傑克遜帶隊，旨在將鐵磁流體變成推進力。其他參與者還包括博士生庫爾特·特爾胡納和教授裡昂·金。
簡單而有效
多年來，密西根理工大學的裡昂、羅恩·斯塔爾和伊萊恩·斯塔爾便對鐵磁流體的物理學特性進行研究。空軍科學研究處為他們的研究提供了很大幫助。2012年，他提議在雪梨大學科學家此前研究的基礎上，利用這種離子流體研製現代衛星的微推進器。
在密西根理工大學的新聞稿中，裡昂表示鐵磁流體是一個簡單而有效的解決方案，可用於研製可靠的微推進器。他說：「我們正對一種名為『鐵磁流體』的特殊材料進行研究。在將一塊磁鐵放入磁流體後，它們會呈現出一個美麗的結構——好似長滿刺的刺蝟。當我們施加一個強電場時，每個『刺』都會釋放出微小的離子噴流。」
磁場中的鐵磁流體，好似長滿刺的刺蝟。施加一個電
場時，每個「刺」會釋放離子噴流，可以解決納米衛星的微推進問題。
施加磁場時，鐵磁流體出現尖頭。
磁場消失後，它們又恢復自然狀態。
裡昂是密西根理工大學離子太空推進實驗室的負責人。在他的幫助下，傑克遜和特爾胡納進行了一項實驗性計算研究，探尋鐵流磁體的動力學特徵。他們創建了一個計算模型，了解磁應力、電應力和表面張力之間的關係。研究發現讓他們大吃一驚。傑克遜表示：「鐵磁流體微推進器的每個尖頭處於放射不穩定狀態，我們希望揭示背後的原因。我們意識到，磁場在預調節鐵磁流體電應力方面產生很大影響。」
最終，他們創建了一個模型，用於研製電噴射鐵磁流體推進器。常規電噴射推進器利用電荷驅動微小的流體噴流穿過微型針，進而產生推進力，與常規電噴射推進器不同，鐵磁流體電噴射推進器可以擺脫微型針。微型針造價昂貴並且很容易受損。他們設想的推進器能夠利用推進劑進行「自組裝」，無需依賴脆弱的零部件，基本上做到了「堅不可摧」。除此之外，這種推進器與常規等離子推進器相比還有其它一系列優勢。如果按比例縮小，用於小衛星，等離子推進器的可靠性很差。在他們的模型取得成功後，空軍科學研究處最近決定與裡昂籤署第二份合約，繼續研究鐵磁流體。
廣泛應用前景
有了充足的資金，裡昂相信他們能夠展開更深入的研究。他們會按比例放大研究對象，分析多個鐵磁流體尖頭出現的現象。他說：「在實驗室，我們會讓一個尖頭處於活躍狀態，另外99個處於閒置狀態。布蘭登的模型將成為一個至關重要的工具，幫助研究小組繼續前進。如果我們取得成功，我們的推進器能夠讓低成本的小衛星實現量產。大量小衛星的部署有助於提高我們的遙感能力，完善氣候模型，或者提供更優的聯網質量。現在，世界上仍有30億人沒有用上網際網路。」
研究小組希望通過實驗，了解如何讓鐵磁流體推進器正常運轉。他們與耶魯大學的胡安·費爾南德斯·德拉莫拉——全球最著名的電噴射推進專家之一——合作，幫助他們的設想成為現實。不過，他們需要付出多年努力，才能研製出原型。這種推進器需要具備操控大約100個尖頭的能力，才能被視為「可靠」。
小體積衛星是當前的熱門，未來幾年乃至幾十年的市場規模將快速增長。毫無疑問，鐵磁流體推進器的問世將進一步提升小體積衛星的發展前景。從網際網路接入到通信再到科學研究，小衛星、立方體衛星和納米衛星都將扮演重要角色。不久之後，將有更多小體積衛星入主太空。如果想讓彼此保持安全距離，順利執行自己的任務，小體積衛星需要安裝可靠的推進器。
在當前的衛星市場，小衛星的份額不斷提高，
未來幾年還會有更多小衛星進入低地軌道。
密西根理工大學已經為鐵磁流體技術申請專利，但尚待批准。這項技術擁有廣泛應用前景，不僅可用於製造推進器，同時也可應用於光譜測定、製藥和納米製造領域。
沒有磁場情況下，鐵磁流體的外觀很像石油。
施加磁場時，這種推進劑可以自組裝，變成一個長滿刺的球。
從國際空間站釋放的立方體衛星。
其實鐵磁流體好像也沒那麼高大上...
本集視頻教你如何三分鐘製作一碗香濃的鐵磁流體
來源：https://www.universetoday.com
責編：鍾狼將
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作者：佚名
來源：漫步宇宙