بررسي و مقايسة ميكروپيشرانش‌هاي‌ مبتني بر فناوري ميكروالكترومكانيكي در ماهواره‌هاي كوچك

Investigation and Comparison of MEMS-based Micro-propulsions for Small Satellites

در اين مقاله، سامانه‌هاي ميكروپيشرانش مبتني بر فناوري ميكروالكترومكانيكي (MEMS) كه به منظور استفاده در ماهواره‌هاي كوچك طراحي شده‌اند، بررسي و مقايسه مي‌شوند. ميكروپيشرانش‌هاي مبتني بر اين فناوري نسبت به سيستم‌هاي پيشرانش متداول، داراي مزاياي متعددي از جمله، اندازه كوچك، تجميع بالا، توليد انبوه، مصرف توان ناچيز و قيمت پايين مي‌باشند. به علاوه، ميكروپيشرانش‌هاي MEMS مي‌توانند نيروهاي رانش بسيار دقيق، كوچك و تكرارپذير مورد نياز براي كنترل وضعيت ميكرو و نانوماهواره‌ها را فراهم كنند. اين سيستم‌ها شامل ميكروپيش رانش گاز سرد،‌ سوخت مايع، سوخت جامد ديجيتالي، جت مقاومتي و الكترواسپري مي‍باشند. در مقايسه عملكرد اين سيستم‌هاي ميكروپيش رانش مشاهده گرديد كه ميكروپيشرانش سوخت جامد و مايع نسبت به ساير سيستم‌ها،‌ بالاترين نيروي رانش را دارند. همچنين بالاترين تكانة ويژه در ميكرورانشگرهاي الكترواسپري و كمترين تكانة ويژه در ميكروپيشرانش‌هاي گاز سرد و جت‌ مقاومتي ديده مي‌شود. با اين حال، سطح بلوغ فناوري در اين سامانه‍ ها متفاوت است و در طراحي‌هاي انجام شده با استفاده از فناوري MEMS، چالش‌هايي وجود دارد كه هنوز به تحقيقات بيشتر نياز مي‌باشد.

In this paper, MEMS-based micro-propulsions designed for small satellites are investigated and compared. Micro-propulsions based on this technology have many advantages over conventional systems, including small size, high integration, mass production, low power consumption and minimum cost. In addition, MEMS thrusters can produce very accurate, small, and repeatable thrusts required for controlling micro/nano satellites. These systems include cold gas, liquid propellant, digital solid propellant, resistojet, and electrospray micro thrusters. Solid and liquid propellant systems have the highest thrust among others. At the same time, electrospray microthrusters have the highest specific impulse, while cold gas and resistojet systems have the least. Finally, the technology readiness levels are different in these systems and there are some design challenges in using MEMS technology that still require further research.