A new electrostatic thruster technology appears feasible using nano-particles with microand nano-electromechanical systems (NEMS/MEMS) fabrication technology. MEMS technologies are already being explored as a possible approach to achieve scalability and system simplification by creating higher efficiency “flat panel” thrusters. They also appear to offer a way to eliminate lifelimiting physical characteristics present in state-of-the-art ion propulsion by eliminating the need for a discharge chamber and reducing or eliminating charge-exchange (CEX) collision effects in the ion optics region of the thruster. Further, by considering the use of nano-particles as a propellant with electric field-emission based MEMS/NEMS thruster concepts, important new performance improvements appear possible. These include (1) operations at high power levels at much lower system-level specific mass, (2) even higher efficiency, (3) a further increase in thrust densities over present-day ion propulsion technologies, and (4) the ability to tune desired thrust characteristics by simply changing nano-particle size and shape. At the University of Michigan, the nano-particle electrostatic propulsion concept is called nanoFET (nano-Field Emission Thruster) and can be thought of as a flat-panel ion thruster that can be designed for variable power and particle sizes

چکیده

یک فناوری جدید رانشگر الکترواستاتیک با استفاده از نانو ذرات با تکنولوژی ساخت سیستم های میکرو و نانو الکترومکانیکی (NEMS / MEMS) به نظر می ­رسد امکان پذیر است. تکنولوژی های MEMS در حال حاضر به عنوان یک رویکرد ممکن برای رسیدن به مقیاس پذیری و ساده سازی سیستم با ایجاد رانشگرهای "صفحه تخت" با راندمان بالاتر کاوش شده است. آنها همچنین یک راه برای از بین بردن ویژگی های فیزیکی محدود کننده ی عمر که در رانش یونی جدید حضور دارد، با حذف نیاز به یک محفظه ی تخلیه و کاهش یا حذف اثرات برخورد تبادل بار (CEX) در منطقه اپتیک یونی رانشگر ارائه می دهند. علاوه بر این، با توجه به استفاده از نانو ذرات به عنوان یک محرک با مفاهیم رانشگر MEMS/NEMSهای مبتنی بر گسیل میدان الکتریکی، بهبودهای عملکردی مهم جدید به نظر می رسد امکانپذیر است. این ها عبارتند از (1) عملیات در سطوح توان بالاتر در جرم خاص سطح سیستمی بسیار پایین، (2) حتی راندمان بالاتر، (3) افزایش بیشتر در تراکم های رانش در تکنولوژی های امروزی نیروی محرکه یون و (4) توانایی برای تنظیم ویژگی های رانشی مطلوب با تغییر ساده اندازه و شکل نانو ذرات. در دانشگاه میشیگان، مفهوم نیروی محرکه الکترواستاتیک نانو ذره ای nanoFET نامیده می شود (رانشگر گسیل نانو میدانی) و می تواند به عنوان یک رانشگر یونی تخت است که می تواند برای توان و اندازه ذرات متغیر طراحی شود، در نظر گرفته شود.

1-مقدمه

شکل 1 یک طرح ساده سیستمی از مفهوم رانشگر صفحه تخت مبتنی بر MEMS / NEMS است که از نانو ذرات و یون به عنوان محرک استفاده می­ کند. شکل 2 یک بلوک دیاگرام رانشگر یونی امروزی را برای مقایسه نشان می دهد. رانشگر یونی باید با استفاده از یک گاز (به عنوان مثال زنون) در محفظه، پلاسما ایجاد کند و به یون اجازه دهد تا در سراسر یک ساختار شبکه ای شتابدار، فرار کند. محدودیت های متعدد عملی وجود دارد...