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     导读：电喷雾推进器是一种高效的微型推进技术，利用电场产生高速微小液滴，推动航天器进行精确的轨道机动。尽管具有显著优势，但这种推进器的制造过程依赖于昂贵且耗时的半导体洁净室技术，限制了它的广泛应用。随着3D打印技术的兴起，这一领域有望实现更高效、成本更低的制造方法。
 

        2025年2月13日，麻省理工学院（MIT）的研究人员成功展示了全球首款完全通过3D打印技术制造的液滴发射电喷雾推进器。这一突破性的进展有望降低太空探索成本，并克服传统制造方法的限制，为太空技术的发展开辟新的道路。对比传统工艺，研究团队开发的模块化工艺不仅提高了生产速度，而且显著降低了制造成本（仅为传统推进器的一小部分）。此外，由于3D打印技术与太空制造高度兼容，这些推进器甚至有可能在轨道上直接制造。
      原型推进器由32个电喷雾发射器组成，它们协同工作，能够产生稳定且均匀的推进剂流。测试表明，这些3D打印设备产生的推力与现有液滴发射电喷雾推进器相当，甚至更大。这项技术使得宇航员能够在太空中快速打印卫星推进器，而无需等待从地球发射推进器。
      MIT微系统技术实验室（MTL）的首席研究科学家Luis Fernando Velásquez-García博士指出：“传统的半导体制造方法并不符合低成本进入太空的理念。我们的目标是使太空硬件民主化，通过这项研究，我们提出了一种制造高性能硬件的方法，使得更多参与者能够使用这种制造技术。”
 

实现电喷雾推进器的模块化制造

电喷雾推进器采用一个推进剂储存器，其中推进剂通过微流体通道流向一系列发射器。在每个发射器尖端施加静电场，引发电流体动力学效应，将液体自由表面塑造成锥形弯月面，从而从顶点喷出高速带电液滴，产生推力。

为了在低电压下实现推进剂的电流体动力喷射，发射器尖端必须尽可能锋利。此外，该装置还需要一个复杂的液压系统来储存和调节液体流量，以有效输送推进剂至微流体通道。

发射器阵列由八个发射器模块组成，每个模块包含四个独立的发射器阵列。这些发射器必须协同工作，形成一个更大、互连的模块系统。

Velásquez-García指出：“使用传统制造工艺并不适用，因为这些子系统的规模不同。我们的主要见解是通过混合增材制造方法来实现预期结果，并想出一种方法来连接所有部分，使它们尽可能高效地协同工作。”
 

       为了达到这一目标，研究人员采用了两种不同类型的光聚合印刷（VPP）。VPP涉及使用光照射感光树脂，树脂固化后形成具有平滑、高分辨率特征的3D结构。研究人员利用名为双光子打印的VPP方法来制造发射器模块。该技术使用高度聚焦的激光束，在精确定义的区域固化树脂，一次构建一个微小的砖块或体素的3D结构。这种细节水平使得他们能够生产出极其锋利的发射器尖端和狭窄、均匀的毛细管，以携带推进剂。
      发射器模块被安装在称为歧管块的矩形外壳中，歧管块固定每个模块并为发射器提供推进剂。此外，歧管块将发射器模块与提取电极集成在一起，当施加适当的电压时，提取电极会触发发射器尖端喷射推进剂。然而，使用双光子打印来制造更大的歧管块是不可行的，因为这种方法的吞吐量低且打印量有限。相反，研究人员采用了一种名为数字光处理的技术，该技术利用芯片大小的投影仪将光照射到树脂上，一次固化一层3D结构。Velásquez-García表示：“每种技术在一定规模下都表现出色。将它们结合起来，共同生产出一种设备，使我们能够充分利用每种方法的优势。
 

3D打印技术提升电喷雾推进器效率
        然而，3D打印电喷雾推进器部件的成功仅是整个成就的一半。研究人员还进行了化学实验，以确保打印材料与导电液体推进剂的兼容性。如果材料不兼容，推进剂可能会腐蚀推进器或导致推进器破裂，这对于需要长期运行且几乎无需维护的硬件而言，显然是不利的。他们进一步开发了一种组装方法，通过夹紧部件来防止错位，这可能会影响性能，并确保设备保持防水性。最终，他们的3D打印原型在产生推力方面比更大、更昂贵的化学火箭更有效，并且性能超越了现有的液滴电喷雾推进器。
 

       研究人员还研究了推进剂压力的调节以及推进器电压对液滴流动的影响。出人意料的是，通过调节电压，他们实现了更宽范围的推力调节。这种方法消除了对复杂管道、阀门或压力信号网络调节液体流动的需求，从而制造出更轻、更便宜、更高效的电喷雾推进器。Velásquez-García表示：“我们证明了更简单的推进器可以实现更好的效果。”
      研究人员希望在未来的工作中继续探索电压调节的潜在优势。他们还计划制造更密集、更大的发射器模块阵列。此外，他们可能会探索使用多个电极，以将推进剂电流体动力喷射的触发过程与喷射流的形状和速度控制分离开来。从长远来看，他们还计划展示一颗立方体卫星，它在运行和脱轨过程中使用完全3D打印的电喷雾推进器。
     这项研究的部分资金来自MathWorks奖学金和NewSat项目，以及使用了麻省理工学院Nano设施的资源和设备。